DE68918813T2

DE68918813T2 - Verarbeitung von abgetasteten analogen elektrischen Signalen.

Info

Publication number: DE68918813T2
Application number: DE68918813T
Authority: DE
Inventors: John Barry Hughes
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2009-12-05
Also published as: JPH02189800A; GB8828667D0; DE68918813D1; EP0372647A2; EP0372647A3; US5113129A; EP0372647B1; GB2225910A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von abgetasteten analogen elektrischen Signalen, wobei jeder abgetastete Signalwert (Sample) in Form eines elektrischen Stroms vorliegt und wobei die Schaltungsanordnung Mittel zum Kombinieren des abgetasteten Eingangsstroms in der aktuellen Abtastperiode mit einem oder mehreren von dem abgetasteten Eingangsstrom (den Eingangsströmen) in einer oder mehreren vorhergehenden Abtastperioden abgeleiteten Strömen in vorgegebenen Anteilen enthält, und Mittel zum Ableiten des verarbeiteten Ausgangssignals von dem durch die Kombinationsmittel erzeugten kombinierten Strom in aufeinanderfolgenden Abtastperioden.
Eine Schaltungsanordnung wie eingangs erwähnt wird in der britischen Patentanmeldung GB-A-2 213 011, veröffentlicht am 02.08.89, dargelegt, in der auch ein Verfahren zur Verarbeitung von abgetasteten analogen elektrischen Signalen dargestellt wird, das die folgenden Schritte beinhaltet:
(a) Umwandlung jedes Samples in einen Strom, falls es nicht bereits in dieser Form vorliegt;
(b) Kombination in vorher festgelegten Anteilen des abgetasteten Eingangsstroms in der aktuellen Abtastperiode mit dem Abtaststrom (den Abtastströmen), die von dem abgetasteten Eingangsstrom (den Eingangsströmen) in einer oder mehreren vorigen Abtastperioden abgeleitet wurden; und
(c) Ableitung des verarbeiteten Ausgangssignals von dem in Schritt (b) erzeugten kombinierten Strom in aufeinanderfolgenden Abtastperioden.
Schaltungen, die so ausgelegt sind, daß sie gemäß dem in der obengenannten Patentanmeldung dargelegten Verfahren funktionieren, und die nachfolgend als Schaltstrom-Schaltungen bezeichnet werden, besitzen eine Anzahl von Eigenschaften und Vorteilen, zu denen auch die Tatsache gehört, daß die mathematischen Berechnungen bei der Anwendung von Z-Transformierten in Schaltkondensator-Schaltungen ebenfalls für die Schaltungen gelten, die gemäß diesem Verfahren funktionieren. Im Gegensatz zu den Schaltkondensator-Schaltungen sind jedoch keine hochwertigen linearen Kondensatoren erforderlich. Infolgedessen ist die zweite Polysiliziumschicht, die für die Herstellung der Kondensatoren in Schaltkondensator-Schaltungen dient, eventuell nicht erforderlich, wodurch die Verfahren zur Herstellung dieser Schaltungen kompatibel mit denjenigen zur Herstellung von digitalen VLSI-Schaltungen würden, was wiederum die Kombination von analoger und digitaler Signalverarbeitung in einer einzigen integrierten Schaltung vereinfachen würde.
Verfahren zur Herstellung von VLSI-Schaltungen werden im allgemeinen für die Herstellung von digitalen Schaltungen erfunden und optimiert und zielen im allgemeinen auf die Reduzierung der Abmessungen und der Versorgungsspannungen ab. Schaltungsanordnungen zur Realisierung des in der britischen Patentanmeldung Nr. 8721758 dargelegten Verfahrens werden praktischerweise mit Stromspiegelschaltungen aufgebaut, die, um eine bestmögliche Leistung zu erzielen, einen oder mehrere Quellen- Gegenkopplungswiderstände, Bauelemente in Kaskodenschaltung und dynamische Bauelementanpassung enthalten können. Alle diese Maßnahmen erhöhen die Spannung, die benötigt wird, um die aktiven Bauelemente im Sättigungszustand zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu liefern, die gemäß dem in der britischen Patentanmeldung GB-A-2 213 011 dargelegten Verfahren funktionieren kann und mit vergleichsweise geringen Versorgungsspannungen betrieben wird.
Die Erfindung liefert eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von abgetasteten analogen elektrischen Signalen, wobei jeder abgetastete Signalwert (Sample) in Form eines elektrischen Stroms vorliegt und wobei die Schaltungsanordnung Mittel zum Kombinieren des abgetasteten Eingangsstroms in der aktuellen Abtastperiode mit einem oder mehreren von dem abgetasteten Eingangsstrom (den Eingangsströmen) in einer oder mehreren vorhergehenden Abtastperioden abgeleiteten Strömen in vorgegebenen Anteilen enthält, und Mittel zum Ableiten des verarbeiteten Ausgangssignals von dem durch die Kombinationsmittel erzeugten kombinierten Strom in aufeinanderfolgenden Abtastperioden, wobei die Schaltungsanordnung Transistoren enthält und alle Transistoren, die Signalströme leiten, durch Vorrichtungen mit gleicher Polarität gebildet werden.
In der britischen Patentanmeldung GB-A-2 216 740, die am 11.10.89 veröffentlicht wurde, wird eine Schaltungsanordnung dargelegt, die das in der britischen Patentanmeldung GB-A-2 213 011 dargelegte Verfahren realisiert und die eine Vielzahl von Schaltungsmodulen umfaßt, wobei jedes Schaltungsmodul folgendes enthält: einen Stromeingang zum Empfangen eines bidirektionalen Eingangssignalstroms und einen Stromausgang zur Lieferung eines bidirektionalen Ausgangssignalstroms, Mittel zum Addieren eines Vorstroms zu dem bidirektionalen Eingangsstrom, um einen unidirektionalen Strom zu erzeugen, der vom Schaltungsmodul verarbeitet wird, und Mittel zum Subtrahieren eines geeignet skalierten Vorstroms von dem verarbeiteten unidirektionalen Strom, um einen bidirektionalen Strom am Stromausgang des Schaltungsmoduls zu erzeugen.
Aufgrund der Tatssche, daß die Schaltungsanordnung mit einer Vielzahl von Schaltungsmodulen aufgebaut ist, die so ausgelegt sein können, daß sie bestimmte Funktionen erfüllen, wie Z.B. Stromspeicherung, Stromverstärkung, Stromaddition oder -subtraktion, und Strominvertierung, und daß ausschließlich Signalströme zwischen den Schaltungsmodulen übertragen werden, können große Systeme geschaffen werden, ohne daß genau aufeinander abgestimmte Vorstromquellen an weit auseinanderliegenden Punkten auf dem Substrat einer integrierten Schaltung erforderlich wären. Somit kann eine komplexe Anordnung zur Signalverarbeitung unter Verwendung von vergleichsweise einfachen Bausteinmodulen implementiert werden, bei der jedes Modul in der Lage ist, bidirektionale Ströme zu erhalten und zu erzeugen, auch wenn innerhalb des Moduls nur mit unidirektionalen Strömen gearbeitet werden kann.
Die in der britischen Patentanmeldung GB-A-2 216 740 dargelegten Schaltungsmodule sind mit Stromspiegelschaltungen aufgebaut, die aus N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren und P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren gebildet werden. Da die Signalströme durch Stromspiegelschaltungen beider Arten fließen, muß jede Stromspiegelschaltung in bezug auf Genauigkeit, Bandbreite usw. die gleiche Leistung aufweisen. Dies führt dazu, daß die Vorrichtungen in aus P-Kanal-Transistoren gebildeten Stromspiegelschaltungen größer sein müssen. Außerdem sind die aus N-Kanal- und P-Kanal-Transistoren gebildeten Stromspiegelschaltungen parallel zu den Spannungsvessorgungsschienen in Reihe geschaltet, wodurch Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung des Betriebes im Sättigungsbereich mit den Niederspannungsversorgungen, die in den zur Zeit hergestellten VLSI-Schaltungen verwendet werden, und den Spannungsversorgungen mit noch niedrigerer Spannung, wie sie voraussichtlich in zukünftigen VLSI-Schaltungen verwendet werden, entstehen.
Indem dafür gesorgt wird, daß Signalströme nur durch Stromspiegelschaltungen oder andere Schaltungen bestehend aus Transistoren mit nur einer Polarität fließen, kann die Reihenschaltung von zwei Stromspiegelschaltungen oder anderen Schaltungen parallel zu den Spannungsversorgungsschienen vermieden werden, wodurch die zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Vorrichtungen im Sättigungbereich benötigte Spannung reduziert wird.
Die Transistoren, die Signalströme leiten, können N-Kanal-Feldeffekt- Transistoren sein. Die Vorteile von N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren gegenüber der Verwendung von P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren liegen darin, daß erstere bei einem gegebenen Schaltungsaufbau eine größere Bandbreite, eine geringere Spannung bei einem gegebenen Strom und eine niedrigere Schwellenspannung aufweisen. Somit kann die Fähigkeit, bei niedrigeren Spannungen von der Spannungsversorgungsschiene zu funktionieren, maximiert werden.
Alternativ können die Transistoren, die Signalströme leiten, P-Kanal- Feldeffekt-Transistoren sein. Die Vorteile von P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren gegenüber der Verwendung von N-Kanal-Transistoren liegen darin, daß bei einigen "n- Wannen-Verfahren" eine bessere Bauelementanpassung erzielt und Nebensprechen von digitalen Schaltungen auf dem gleichen Substrat abgeschirmt werden kann.
Ebenso wie die in der britischen Patentanmeldung GB-A-2 216 740 dargelegte Schaltungsanordnung kann auch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine Vielzahl von Schaltungsmodulen umfassen, wobei jedes Schaltungsmodul folgendes enthält: einen Stromeingang zum Empfangen eines bidirektionalen Eingangssignalstroms und einen Stromausgang zur Lieferung eines bidirektionalen Ausgangssignalstroms, Mittel zum Addieren eines Vorstroms zu dem bidirektionalen Eingangssignalstrom, um einen unidirektionalen Strom zu erzeugen, der vom Schaltungsmodul verarbeitet wird, und Mittel zum Subtrahieren eines geeignet skalierten Vorstroms von dem verarbeiteten unidirektionalen Strom, um einen bidirektionalen Ausgangssignalstrom zu erzeugen.
Daraus ergeben sich die gleichen Eigenschaft und Vorteile wie in der britischen Patentanmeldung GB-A-2 216 740 beschrieben, deren Inhalt durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird.
Eines der Schaltungsmodule kann ein Stromspeichermodul enthalten, das in der Lage ist, an seinem Ausgang in einer Abtastperiode eine sklierte Version des während einer vorhergehenden Abtastperiode an seinem Eingang anliegenden Stroms zu reproduzieren.
Zur Verarbeitung von Signalen in Schaltstrom-Schaltungen müssen Ströme von einer Abtastperiode bis zur nächsten gespeichert werden können, so daß Abtastströme, die in verschiedenen Abtastperioden auftreten, in gewünschter Weise kombiniert werden können, um eine bestimmte Signalverarbeitungsfunktion auszuführen.
Das Stromspeichermodul kann einen Stromeingang, einen Stromausgang, erste und zweite durch erste und zweite nichtüberlappende Taktsignale gesteuerte Schalter sowie erste und zweite Speicherzellen enthalten, wobei der Stromeingang über den ersten Schalter mit der ersten Speicherzelle und die erste Speicherzelle über den zweiten Schalter mit der zweiten Speicherzelle verbunden ist und wobei der Ausgang der zweiten Speicherzelle mit dem Stromausgang verbunden ist. Jede Speicherzelle kann einen Feldeffekt-Transistor enthalten, zwischen dessen Gate- und Source-Elektrode ein Kondensator geschaltet ist. Durch Speichern einer Ladung in einem Kondensator, wodurch das Gate-Source-Potential eines Feldeffekt-Transistors aufrechterhalten wird, wenn die ansteuernde Quelle entfernt wird, kann der über den Transistor von der ansteuernden Quelle erzeugte Strom durch die Ladung im Kondensator aufrechterhalten werden. Natürlich hängt die Wirksamkeit der Stromaufrechterhaltung von dem Eingangswiderstand des Transistors und der Dauer ab, während der der Strom aufrechterhalten werden soll. Dies ist also ein Faktor, der die Dauer der Abtastperiode nach oben begrenzt.
In jeder Speicherzelle kann der Feldeffekt-Transistor einen Ausgangszweig einer Stromspiegelschaltung bilden. Der erste und der zweite Schalter können so angeordnet sein, daß die Eingangs- und Ausgangszweige der Stromspiegelschaltungen getrennt werden, wobei der Ausgangszweig der ersten Stromspiegelschaltung mit dem Eingangszweig der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden wird.
Indem die Strom-Speicherzellen als Stromspiegelschaltungen mit durch einen Schalter getrennten Eingangs- und Ausgangszweigen aufgebaut werden, kann der Eingangsstrom am Ausgang genau reproduziert werden und der Kondensator mit dem richtigen Potential geladen werden, um den Ausgangsstrom auf dem gewünschten Wert zu halten.
Mindestens eine der Stromspiegelschaltungen kann ein Stromverhältnis zwischen ihren Eingangs- und Ausgangszweigen aufweisen, das von Eins abweicht. Die zweite Stromspiegelschaltung kann eine Vielzahl von Ausgangszweigen aufweisen. Dadurch kann der Stromspeicher zusätzlich eine Verstärkungsfunktion ausüben und/oder mit einer Vielzahl von unabhängigen Ausgängen versehen werden, die nach Bedarf auf verschiedene Teile der Schaltungsanordnung verteilt werden können.
Das Stromspeichermodul kann eine erste Speicherzelle enthalten, die folgendes enthält: einen Eingang, einen Ausgang, Mittel mit einem ersten Schalter, der während eines ersten Abschnittes einer Abtastperiode leitend ist, um den Eingang der ersten Speicherzelle mit dem Hauptstrompfad eines Transistors zu verbinden, Mittel mit einem zweiten Schalter, der während des ersten Abschnittes leitend ist, um den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schalter und dem Hauptstrompfad des Transistors mit einem Mittel zum Aufrechterhalten des Stroms zu verbinden, und Mittel zum Verbinden des Hauptstrompfades des Transistors mit dem Ausgang der ersten Speicherzelle während eines zweiten Abschnittes der Abtastperiode, eine zweite Speicherzelle, deren Eingang mit dem Ausgang der ersten Speicherzelle und deren Ausgang mit dem Ausgang des Stromspeichermoduls verbunden ist, und Mittel zum Verbinden des Eingangs des Stromspeichermoduls mit dem Eingang der ersten Speicherzelle.
Durch die Verwendung des gleichen Transistors sowohl für den Eingangsstrom als auch für den Ausgangsstrom können Fehler aufgrund von Transistorfehlanpassung ausgeschlossen werden. Der Ausgang dieser alternativen Speicherzelle steht jedoch nur während des zweiten Abschnittes der Abtastperiode zur Verfügung.
Die Mittel zum Verbinden des Hauptstrompfades des Transistors mit dem Ausgang der ersten Speicherzelle können einen Schalter enthalten, der während eines zweiten Abschnitts der Abtastperiode, der sich nicht mit dem ersten Abschnitt überlappt, leitend ist, wobei ein Ausgangsstrom von der ersten Speicherzelle verfügbar ist, wenn der dritte Schalter leitend ist.
Die zweite Speicherzelle kann folgendes enthalten: einen Eingang, einen Ausgang, Mittel mit einem ersten Schalter, der während eines zweiten Abschnitts einer Abtastperiode leitend ist, um den Eingang der zweiten Speicherzelle mit dem Hauptstrompfad eines Transistors zu verbinden, Mittel mit einem zweiten Schalter, der während des zweiten Abschnitts leitend ist, um den Verbindungspunks zwischen dem ersten Schalter und dem Hauptstrompfad des Transistors mit einem Mittel zum Aufrechterhalten des Stroms zu verbinden, und Mittel mit einem Schalter, der während eines ersten Abschnitts der Abtastperiode, der sich nicht mit dem ersten Abschnitt überlappt, leitend ist, um den Hauptstrompfad des Transistors mit dem Ausgang der zweiten Speicherzelle zu verbinden, wobei ein Ausgangsstrom von dem Stromspeicher verfügbar ist, wenn der dritte Schalter leitend ist.
Die Mittel zum Subtrahieren eines geeignet skalierten Vorstroms können eine Vorstromquelle umfassen, die mit dem Eingang einer Stromspiegelschaltung verbunden ist, wobei die Anzahl der Ausgänge der Stromspiegelschaltung der Anzahl der Ausgänge des Stromspeichermoduls entspricht und wobei der von der Stromspiegelschaltung erzeugte Ausgangsstrom (die Ausgangsströme) von dem entsprechenden Ausgangsstrom (den Ausgangsströmen) der zweiten Speicherzelle subtrahiert werden.
Somit kann eine einzige Vorstromquelle dazu verwendet werden, Vorströme von einer Vielzahl von Ausgangsströmen zu subtrahieren. Jegliche erforderliche Skalierung von einzelnen Vorströmen kann in den verschiedenen Ausgangszweigen der Stromspiegelschaltung erfolgen.
Das Speichermodul kann differentielle Eingänge und Ausgänge haben und eine Vielzahl von Stromspeicherzellen, Mittel zur Verbindung von jedem der differentiellen Eingänge mit einer entsprechenden Stromspeicherzelle und Mittel zum Kombinieren der Ausgangsströme ausgewahlter Speicherzellen zum Anlegen an die differentiellen Stromausgänge enthalten. Wenn die Signalverarbeitung mit Hilfe von differentiellen Strömen durchgeführt wird, kann eine verbesserte Leistung erzielt werden, da Gleichtaktfehler beträchtlich reduziert werden und Versorgungsspannungsrauschen und sogar die Verzerrung von Oberwellen unterdrückt werden können.
Eines der Schaltungsmodule kann ein Integrator-Schaltungsmodul enthalten, das in der Lage ist, einen an seinem Eingang anliegenden bidirektionalen Strom zu integrieren. Das Integrator-Schaltungsmodul kann ein Stromspeichermodul wie eingangs erwähnt und eine Rückkopplungsschleife von einem gespeicherten Ausgangsstrom zu einer Summierschaltung umfassen, so daß ein gespeicherter Strom zu jedem Eingangsstrom-Sample addiert werden kann. Der Integrator kann so angeordnet sein, daß differentielle Eingangsströme integriert werden. Das Integiatormodul kann so aufgebaut sein, daß es entweder eine verlustbehaftete oder eine verlustfreie Integration durchführt, z.B. durch geeignete Auswahl der Stromverhältnisse der Stromspiegelschaltungen, die die Strom-Speicherzellen bilden oder ihnen zugeordnet sind. Die Integratormodule sind bei der Bildung verschiedener Filterabschnitte nützlich, die zur Realisierung von Filtern jeglicher Komplexität verwendet werden können.
Eines der Schaltungsmodule kann ein statisches Modul enthalten, das in der Lage ist, an seinem Ausgang eine skalierte Version des an seinem Eingang anliegenden Stroms zu erzeugen. Das statische Modul kann eine Vielzahl von Eingängen aufweisen, über die dem statischen Modul eine Vielzahl von Eingangsströmen zugeführt werden kann, so daß das statische Modul Ströme addieren und subtrahieren kann. Das statische Modul kann zwischen seinem Eingang (seinen Eingängen) und seinem Ausgang (seinen Ausgängen) eine Strominvertierung durchführen.
Die statischen Module ermöglichen die Durchführung der folgenden Funktionen: Stromverstärkung, Signalinvertierung, Stromaddition, Stromsubtraktion und "Fan-Out".
Das statische Modul kann folgendes enthalten: eine Stromskalierungsschaltung mit Mitteln zum Anlegen eines Eingangsstroms an den Eingangszweig einer ersten Stromspiegelschaltung, Mittel zum Anlegen eines Vorstroms an den Eingangszweig der ersten Stromspiegelschaltung, Mittel zur Weiterleitung des Stroms vom Ausgangszweig der ersten Stromspiegelschaltung zum Eingangszweig einer zweiten Stromspiegelschaltung, Mittel zur Weiterleitung des Strom vom Ausgangszweig der zweiten Stromspiegelschaltung zum Ausgang des statischen Moduls und Mittel zum Subtrahieren eines Vorstroms, so daß der von der Skalierungsschaltung erzeugte Ausgangsstrom eine skalierte Version des an dem Eingang der Skalierungsschaltung anliegenden Eingangsstroms darstellt.
Da der Eingang des statischen Moduls mit dem Eingangszweig einer Stromspiegelschaltung verbunden ist, deren Eingangszweig im allgemeinen durch einen als Diode geschalteten Transistor gebildet wird, ist es erforderlich sicherzustellen, daß in diesem Fall der Strom in Durchlaßrichtung der Diode fließt. Die Zuführung eines Vorstrom, der zu dem Eingangsstrom addiert wird, ermöglicht die Erfüllung dieser Bedingung bei Eingangsstromwerten, die innerhalb des vorgesehenen Bereiches liegen. Wenn eine Strominvertierung gewünscht wird, wäre es möglich, den Ausgangsstrom vom Ausgangszweig der ersten Stromspiegelschaltung zu nehmen und den Vorstrom oder eine multiplizierte Version des Vorstroms, wenn der erste Stromspiegel einen Strommultiplikationsfaktor aufweist, von dem Strom im Ausgangszweig der ersten Stromspiegelschaltung zu subtrahieren, um den erforderlichen Ausgangsstrom des statischen Moduls zu erzeugen.
Die Mittel zum Anlegen eines Vorstroms an den Eingangszweig der ersten Stromspiegelschaltung können eine erste Stromquelle und Mittel zum Addieren des von der ersten Stromquelle erzeugten Stroms zum Eingangsstrom enthalten; die Mittel zum Subtrahieren eines Vorstroms können eine zweite Stromquelle, einen Stromsummier- Verbindungspunkt, dem der Ausgangsstrom der zweiten Stromquelle und der Ausgangsstrom vom Ausgangszweig des zweiten Stromspiegels mit geeigneter Polarität zugeführt werden, und Mittel zum Ableiten des skalierten Ausgangsstroms von dem Summier- Verbindungspunkt enthalten. Die zweite Stromspiegelschaltung kann eine Vielzahl von Ausgängen aufweisen, wobei das statische Modul eine entsprechende Vielzahl von Ausgängen aufweist und wobei jeder Ausgang der zweiten Stromspiegelschaltung mit dem entsprechenden Ausgang des statischen Moduls verbunden ist. Die Mittel zum Subtrahieren des geeignet skalierten Vorstroms können eine Vorstromquelle enthalten, die mit dem Eingang einer zusätzlichen Stromspiegelschaltung verbunden ist, wobei letztere die gleiche Anzah an Ausgängen aufweist wie die zweite Stromspiegelschaltung und wobei der von der zusätzlichen Stromspiegelschaltung erzeugte Ausgangsstrom (die erzeugten Ausgangsströme) von dem entsprechenden Ausgangsstrom (den entsprechenden Ausgangsströmen) der zweiten Stromspiegelschaltung subtrahiert werden. Das statische Modul kann so angeordnet sein, daß es an seinem Ausgang den an seinem Eingang anliegenden Strom invertiert, wobei der Eingang des statischen Moduls mit dem Eingang der zusätzlichen Stromspiegelschaltung anstatt mit dem Eingang der ersten Stromspiegelschaltung verbunden ist.
Das statische Modul kann so angeordnet sein, daß es einen ersten Strom von einem zweiten Strom subtrahiert und einen ersten Eingang zum Anlegen des zweiten Stroms hat, der mit dem Eingang der ersten Stromspiegelschaltung verbunden ist, und einen zweiten Eingang zum Anlegen des ersten Stroms hat, der mit dem Eingang der zusätzlichen Stromspiegelschaltung verbunden ist, und einen oder mehrere Ausgänge hat, die mit den entsprechenden Ausgangszweigen der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden sind.
Das statische Modul kann so angeordnet sein, daß es einen differentiellen Eingangsstrom verarbeitet und einen differentiellen Ausgangsstrom erzeugt. Das statische Modul kann folgendes enthalten: einen ersten und einen zweiten Eingang zum Erhalten eines differentiellen Eingangsstroms, einen ersten und einen zweiten Ausgang zum Erzeugen einen differentieilen Ausgangsstroms, Mittel zum Verbinden des ersten Eingangs mit einem ersten Eingang eines ersten Stromsummiermittels, Mittel zum Verbinden einer ersten Vorstromquelle mit einem zweiten Eingang des ersten Stromsummiermittels, Mittel zum Verbinden des Ausgangs des ersten Stromsummiermittels mit dem Eingangszweig einer ersten Stromspiegelschaltung, Mittel zum Verbinden des zweiten Eingangs mit einem ersten Eingang eines zweiten Stromsummiermittels, Mittel zum Verbinden einer zweiten Vorstromquelle mit einem zweiten Eingang des zweiten Stromsummiermittels, Mittel zum Verbinden des Ausgangs des zweiten Stromsummiermittels mit dem Eingangszweig einer zweiten Stromspiegelschaltung, Mittel zum Verbinden eines ersten Ausgangszweiges der ersten Stromspiegelschaltung mit dem Eingangszweig einer dritten Stromspiegelschaltung, Mittel zum Verbinden eines ersten Ausgangszweiges der zweiten Stromspiegelschaltung mit dem Eingangszweig einer vierten Stromspiegelschaltung, Mittel zum Verbinden eines zweiten Ausgangszweiges der ersten Stromspiegelschaltung mit einem ersten Eingang eines dritten Stromsummiermittels, Mittel zum Verbinden eines Ausgangszweiges der vierten Stromspiegelschaltung mit einem zweiten Eingang des dritten Stromsummiermittels, Mittel zum Verbinden des Ausgangs des dritten Stromsummiermittels mit dem ersten Ausgang, Mittel zum Verbinden eines zweiten Zweiges der zweiten Stromspiegelschaltung mit einem ersten Eingang eines vierten Stromsummiermittels, Mittel zum Verbinden eines Ausgangszweiges der dritten Stromspiegelschaltung mit einem zweiten Eingang des vierten Stromsummiermittels und Mittel zum Verbinden des Ausgangs des vierten Summiermittels mit dem zweiten Ausgang.
Das statische Modul kann eine Anzahl weiterer differentieller Ausgänge aufweisen, wobei jede der Stromspiegelschaltungen eine entsprechende Anzahl von zusätzlichen Ausgangszweigen aufweist, die jeweils mit dem entsprechenden zusätzlichen Summier-Knotenpunkt verbunden sind.
Das statische Modul kann eine Anzah weiterer differentieller Eingänge aufweisen, wobei jeder zusätzliche differentielle Eingang mit einem zusätzlichen Eingang der ersten und zweiten Summier-Knotenpunkte verbunden ist.
Eines der Schaltungsmodule kann einen Integrator enthalten. Bei dem Integrator kann es sich um einen bilinearen Integrator handeln. Der Integrator kann ideal oder verlustbehaftet sein. Mit einem oder mehreren idealen und/oder verlustbehafteten Integratoren können verschiedene Filterabschnitte und Filter gebildet werden.
Der bilineare Integrator kann folgendes enthalten: einen ersten und einen zweiten Eingang und einen Ausgang, Mittel zum Verbinden des ersten Eingangs mit dem Eingang einer ersten Strom-Speicherzelle, die vorgesehen ist, um den während eines ersten Abschnitts jeder Abtastperiode zugeführten Strom zu speichern und um an einem Ausgang während eines zweiten Abschnitts dieser oder einer folgenden Abtastperiode einen Strom zu reproduzieren, dessen Größe von der des zugeführten Stroms abhängt, Mittel zum Verbinden des zweiten Eingangs mit dem Eingang einer zweiten Strom-Speicherzelle, die vorgesehen ist, um den während des zweiten Abschnitts jeder Abtastperiode an ihrem Eingang anliegenden Strom zu speichern und um an jedem von mehreren Ausgängen während eines ersten Abschnitts dieser oder einer folgenden Abtastperiode einen Strom zu reproduzieren, dessen Größe von der des dem Eingang zugeführten Stroms abhängt, Mittel zum Verbinden des ersten Ausgangs der zweiten Strom-Speicherzelle mit dem Eingang der ersten Strom-Speicherzelle, Mittel zum Verbinden des Ausgangs der ersten Strom-Speicherzelle mit dem Eingang der zweiten Strom-Speicherzelle und Mittel zum Verbinden des zweiten Ausgangs der zweiten Strom-Speicherzelle mit dem Ausgang der Integrator-Schaltung.
Die zweite Strom-Speicherzelle kann so aufgebaut werden, daß der an ihrem ersten Ausgang erzeugte Ausgangsstrom B-mal dem an ihrem Eingang anliegenden Strom entspricht, wobei B kleiner als Eins ist.
Damit kann ein verlustbehafteter Integrator realisiert werden. Wenn B gleich Eins ist, liegt ein idealer Integrator vor. Verlustbehaftete Integratoren können in Verbindung mit idealen Integratoren verwendet werden, um verschiedene biquadratische Filterabschnitte, z.B. den biquadratischen "Tow-Thomas-Filterabschnitt" zu bilden.
Der Integrator kann außerdem Mittel zum Addieren eines Vorstroms zu dem am ersten Eingang des Integrators anliegenden Strom und Mittel zum Subtrahieren geeignet skalierter Vorströme von dem ersten und dem zweiten Ausgangsstrom der zweiten Strom-Speicherzelle enthalten, so daß der vom Integrator erzeugte Ausgangsstrom keine Vorstromkomponente enthält.
Dies ermöglicht die Verarbeitung von bidirektionalen Strömen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung unidirektionaler Ströme an den Eingängen zu den Strom-Speicherzellen und die Bildung von Integratorschaltungen, die einen bidirektionalen Ausgangssignalstrom ohne Vorstromkomponente erzeugen. Somit kann eine Integratorschaltung realisiert werden, die mit bidirektionalen Eingangssignalströmen arbeitet und bidirektionale Ausgangssignalströme erzeugt, wobei alle erforderlichen Vorströme innerhalb der Integratorschaltung erzeugt werden. Dadurch wird das Problem der Anpassung der Vorstromquellen gelöst, wenn eine Vielzahl von Integratorschaltungen zur Bildung eines Filters zusammengeschaltet wird, da sie nahe beieinanderliegend integriert werden können und so die Wirkung von Fertigungsvariablen minimiert wird, die auf der oft großen Chip-Fläche einer VLSI-Schaltung existieren können.
Die erste Strom-Speicherzelle kann einen Eingang enthalten, der mit einem als Diode geschalteten Feldeffekt-Transistor verbunden ist, dessen Gate-Elektrode über einen Schalter mit der Gate-Elektrode eines zweiten in gleicher Weise aufgebauten Feldeffekt-Transistors verbunden ist, wobei die Source-Elektroden des ersten und des zweiten Transistors mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind, einen Ausgang, der mit der Drain-Elektrode des zweiten Transistors verbunden ist, ein Kondensator, der zwischen die Source- und Gate-Elektroden des zweiten Transistors geschaltet ist, und Mittel zum Schließen des Schalters nur während des ersten Abschnitts jeder Abtastperiode.
Damit erhält man eine geeignete Schaltungsimplementierung für die Strom-Speicherzelle, wobei der Ausgangsstrom während einer ganzen Abtastperiode verfügbar ist, bis auf die kurze Zeitspanne, während der der Kondensator durch den Eingangsstrom während des ersten Abschnitts der Abtastperiode geladen wird. Diese Schaltung ist im wesentlichen eine Stromspiegelschaltung, deren Eingangs- und Ausgangszweige durch den Schalter getrennt sind, wobei der Strom im Ausgangszweig durch die Ladung im Kondensator aufrechterhalten wird. Infolgedessen könnten jegliche Verfahren zur Verbesserung der Leistung von Stromspiegelschaltungen auf die Strom- Speicherschaltung angewendet werden, z.B. Kaskodenschaltung in den Eingangs- und Ausgangszweigen, Quellengegenkopplung, dynamische Bauelementanpassung, mehrfache Ausgangspfade mit dem gleichen Strom oder mit verschiedenen Strömen.
Alternativ kann die erste Strom-Speicherzelle folgendes enthalten: einen ersten Schalter, der zwischen ihren Eingang und die Drain-Elektrode eines Feldeffekt- Transistors geschaltet ist, einen zweiten Schalter, der zwischen die Gate- und Drain- Elektroden des Transistors geschaltet ist, einen Kondensator, der zwischen die Gate- und Source-Elektroden des Transistors geschaltet ist, einen dritten Schalter, der zwischen die Drain-Elektrode des Transistors und ihren Ausgang geschaltet ist, Mittel zum Schließen des ersten und des zweiten Schalters nur während des ersten Abschnitts jeder Abtastperiode und Mittel zum Schließen des dritten Schalters nur während des zweiten Abschnitts jeder Abtastperiode.
Diese alternative Strom-Speicherzelle hat den Vorteil, daß derselbe Transistor als Eingangsdiode und als Ausgangsvorrichtung verwendet wird, wodurch Fehler aufgrund von Bauelement-Fehlanpassung vermieden werden; sie hat jedoch den Nachteil, daß der Ausgangsstrom nur während des zweiten Abschnitts jeder Abtastperiode zur Verfügung steht.
Die Integratorschaltung kann vorgesehen werden, um einen differentiellen Eingangsstrom zu integrieren und einen differentiellen Ausgangsstrom zu erzeugen; in diesem Fall kann die Integratorschaltung außerdem folgendes enthalten: einen zweiten Ausgang, eine dritte Strom-Speicherzelle, eine vierte Strom-Speicherzelle, Mittel zum Verbinden eines Ausgangs der dritten Strom-Speicherzelle mit dem Eingang der vierten Strom-Speicherzelle, Mittel zum Verbinden eines ersten Ausgangs der vierten Strom- Speicherzelle mit dem Eingang der dritten Strom-Speicherzelle, Mittel zum Verbinden des ersten Eingangs der Integratorschaltung mit dem Eingang der ersten Strom-Speicherzelle wänrend des ersten Abschnitts jeder Abtastperiode, Mittel zum Verbinden des ersten Eingangs der Integratorschaltung mit dem Eingang der vierten Strom-Speicherzelle während des zweiten Abschnitts jeder Abtastperiode, Mittel zum Verbinden des zweiten Eingangs der Integratorschaltung mit dem Eingang der dritten Strom-Speicherzelle während des ersten Abschnitts jeder Abtastperiode, Mittel zum Verbinden des zweiten Eingangs der Integratorschaltung mit dem Eingang der zweiten Strom-Speicherzelle während des zweiten Abschnitts jeder Abtastperiode, Mittel zum Verbinden des zweiten Ausgangs der zweiten Strom-Speicherzelle mit dem ersten Ausgang der Integratorschaltung und Mittel zum Verbinden eines zweiten Ausgangs der vierten Speicherzelle mit dem zweiten Ausgang der Integratorschaltung.
Dadurch kann eine doppelt symmetrische differentielle Integratorschaltung geschaffen werden. Wie bekannt ist, unterdrücken doppelt symmetrische differentielle Schaltungen Gleichtakt-Eingangssignale sowie Spannungsversorgungs-Rauschsignale und ermöglichen dadurc eine im Vergleich zu einseitigen Integratoren verbesserte Leistung.
Der Integrator kann außerdem Mittel zum Addieren von Vorströmen zu den an den Eingängen der ersten und der dritten Strom-Speicherzelle anliegenden Strömen und Mittel zum Subtrahieren von geeignet skalierten Vorströmen von den Ausgangsströmen der zweiten und der vierten Strom-Speicherzelle enthalten, so daß die differentiellen Ausgangsströme keine Vorstromkomponente enthalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 2 ein Schaltungsmodul zur Verwendung in einer Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von abgetasteten analogen Signalen, wobei das Schaltungsmodul Stromspiegelschaltungen benutzt, die aus P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren und aus N- Kanal-Feldeffekt-Transistoren gebildet sind,
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von abgetasteten analogen Signalen,
Figur 4 die Verbindung zwischen zwei Schaltungsmodulen wie in Figur 2 gezeigt,
Figur 5 die Verbindung zwischen zwei Schaltungsmodulen wie in Figur 3 gezeigt,
Figur 6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 7 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 8 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 10 ein Timing-Diagramm, das die Wellenformen zur Betätigung der Schalter in der Schaltungsanordnung während jeder Abtastperiode darstellt,
Figur 11 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 12 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 13 ein achtes Ausführungsbeispiel eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von abgetasteten analogen elektrischen Signalen, die die Erfindung enthält. Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung hat einen Eingang 1, der mit einem Tiefpaßfilter 2 verbunden ist, der als ein Anti-Aliasing-Filter wirkt. Der Tiefpaßfilter 2 kann weggelassen werden, wenn die Bandbreite des Signals auf natürliche Weise begrenzt ist. Der Ausgang des Filters 2 wird dem Eingang einer Abtast- und Halteschaltung 3 zugeführt, die einen abgetasteten Eingangsstrom erzeugt, welcher einem Spannung/Strom-Umsetzer 4 zugeführt wird. Der Ausgang des Spannung/Strom-Umsetzers erzeugt einen abgetasteten Ausgangsstrom, der einer Schaltung 5 zur Signalverarbeitung zugeführt wird. Alternativ könnte die Umsetzung von Spannung in Strom vor dem Filtern durchgeführt werden, jedoch muß natürlich das Filtern vor dem Abtasten erfolgen, es sei denn, die Eingangssignal-Bandbreite ist auf natürliche Weise begrenzt. Der Ausgang der Signalverarbeitungsschaltung 5 wird einem Strom/Spannung-Umsetzer 6 zugeführt, dessen Ausgangssignal über einen Tiefpaßfilter 7 dem Ausgang 8 der Schaltungsanordnung zugeführt wird. Ein Taksignal wird von einem Taktgeber 9 der Abtast- und Halteschaltung 3 und der Signalverarbeitungsschaltung 5 zugeführt. Wäre die Schaltungsanordnung so beschaffen, daß das an Eingang 1 anliegende Eingangssignal eher in Form eines Stroms als in Form einer Spannung auftritt, könnte der Spannung/Strom-Umsetzer 4 weggelassen werden. Desgleichen kann der Strom/Spannung-Uumsetzer 6 weggelassen werden, wenn das am Ausgang 8 auftretende Ausgangssignal ein Ausgangsstrom sein muß.
Die Signalverarbeitungsschaltung 5 ist vorgesehen, um abgetastete Ströme so zu manipulieren, daß das gewünschte Ausgangssignal erzeugt wird. Der genaue Aufbau der Signalverarbeitungsschaltung 5 hängt von der durchzuführenden Signalmanipulation ab. Die Schaltung kann z.B. eine oder mehrere Integratorschaltungen enthalten. Die Signalmanipulation wird durch Kombination - in den gewühschten Anteilen - des elektrischen Stroms in der aktuellen Abtastperiode mit den elektrischen Strömen in einer oder mehreren vorhergehenden Abtastperioden durchgeführt. Die Signalverarbeitungsschaltung 5 muß daher in der Lage sein, die Ströme von zumindest der vorhergehenden Abtastperiode verfügbar zu machen. Dies bedeutet jedoch nicht, daß der Eingangsstrom in der vorhergehenden Abtastperiode selbst verfügbar sein muß, sondern lediglich, daß er oder der manipulierte Strom für die vorhergehende Abtastperiode zusammen mit dem Eingangsstrom in der aktuellen Abtastperiode verfügbar ist. Typische Schaltungselemente, die für die Manipulation der abgetasteten Ströme erforderlich sind, sind Stromspiegelschaltungen und ein Stromspeicher. Außerdem ist in den meisten Anwendungsfällen die elektrische Variable eher Spannung als Strom, so daß ein Spannung/Strom-Umsetzer und ein entsprechender Strom/Spannung-Uumsetzer vorgesehen werden müssen, damit die Verbindung zwischen der Signalverarbeitungsschaltung 5 und den externen Teilen des Systems hergestellt werden kann.
Zur Durchführung der Signalverarbeitung nach Umwandlung des Signals in einen abgetasteten Strom sind zwei Basismodule, ein statisches Modul und ein Speichermodul in verschiedenen Kombinationen in den Signalverarbeitungsschaltungen 5 erforderlich, die von der durchzuführenden Signalmanipulation abhängen. Diese Module können aus Stromspiegelschaltungen bestehen, und der Einfachheit halber wird bei der Beschreibung der statischen Module und der Speichermodule eine grundsätzliche Stromspiegelschaltung gezeigt. Eine verbesserte Leistung kann jedoch durch die Kombination von alternativen Stromspiegelschaltungen errielt werden.
Die statischen Module können vielfältige Formen für die Durchführung von Addition, Subtraktion oder Skalierung von Strömen, für "Fan-Out" oder eine Vielhahl von Ausgangsströmen aufweisen. Auf ähnliche Weise können die Stromspeichermodule über Möglichkeiten für Addition, Subtraktion, Multiplikation und "Fan- Out" verfügen. Zusätzlich können sowohl die statischen Module als auch die Speichermodule einseitige oder differentielle Ein- und Ausgänge aufweisen.
Zu den weiteren Modulen, die vorgesehen werden können, zählen ideale und verlustbehaftete Integratoren, die mit Stromspeichermodulen mit geeigneten Ausgängen und Rückkopplungsverbindungen versehen sind.
Jedes der in der Signalverarbeitungsschaltung 5 enthaltenen Module kann so angeordnet sein, daß es bidirektionale Eingangsströme aufnehmen und bidirektionale Ausgangsströme liefern kann. Da der Eingang eines Moduls mit einer Diode verbunden werden kann, muß der bidirektionale Eingangsstrom in einen unidirektionalen Eingangs- Strom umgewandelt werden. Dies kann durch Hinzufügen eines innerhalb des Moduls erzeugten Vorstroms zum Eingangsstrom erreicht werden. Um einen bidirektionalen Ausgangsstrom zu erhalten, wird ein Vorstrom von dem Ausgangsstrom subtrahiert. Falls das Modul eine Skalierfunktion ausführt, muß natürlich ein geeignet skalierter Vorstrom von dem Ausgangsstrom subtrahiert werden. Dadurch werden zwischen den Modulen nur Signalströme weitergeleitet, und die Vorströme in einem Modul sind unabhängig von den Vorpannungs-Strömen in den anderen Modulen und haben keine Auswirkung auf die Vorströme in den anderen Modulen. Somit ist eine Anpassung der Vorströme nur innerhalb eines Moduls notwendig, das normalerweise eine kompakte Einheit ist, die nur einen kleinen Bereich des Substrats einnimmt, auf dem die integrierte Schaltung gebildet wird. Es ist daher unwahrscheinlich, daß sich die Bedingungen bei der Verbeitung innerhalb eines Moduls wesentlich verändern, wodurch die Probleme, die mit der Schaffung von aufeinander abgestimmten Stromquellen verbunden sind, reduziert werden.
Unsere gleichzeitig anhängige Patentanmeldung GB-A-2 216 740 beschreibt eine Familie von statischen Modulen und Speichermodulen, die bidirektionale Eingangssignalströme aufnehmen und bidirektionale Ausgangssignalströme liefern, wobei die Module Vorstromquellen enthalten, die es ermöglichen, unidirektionale Ströme als unidirektionale Ströme innerhalb des Moduls zu verarbeiten. In dieser Modulfamllie, die sowohl einseitige als auch differentielle Versionen umfaßt, werden sowohl Stromspiegelschaltungen mit N-Kanal-Bauelementen als auch Stromspiegelschaltungen mit P-Kanal-Bauelementen eingesetzt. Somit werden Signalströme von aus N-Kanal-Bauelementen gebildeten Stromspiegelschaltungen an weitere Stromspiegelschaltungen weitergeleitet, die aus P-Kanal-Bauelementen aufgebaut sind. Die in unserer gleichzeitig anängigen Patentanmeldung GB-A-2 216 740 beschriebenen Module besitzen viele wünschenswerte Eigenschaften, d.h. sie haben interne Vorströme, um bipolare oder bidirektionalen Eingangs- und Ausgangsströmen zu ermöglichen, sie übertragen nur Signalströme zwischen Modulen und sie können sowohl vollständig differentiellen als auch in einseitigen Strukturen implementiert werden. Dies ist eine flexible Lösung, die auf eine gesamte Modulfamile ausgedehnt werden kann. Diese Module haben jedoch auch einige Nachteile. Erstens müssen beide Arten von Stromspiegelschaltungen die gleiche Leistung z.B. bezüglich Genauigkeit, Bandbreite, Eingangs- und Ausgangsimpedanz aufweisen, da Stromspiegelschaltungen, die sowohl N-Kanal- als auch P-Kanal-Bauelemente enthalten, mit Signalströmen arbeiten. Um dies zu erreichen, müssen P-Kanal-Stromspiegelschaltungen größere Bauelemente enthalten, da die Elektronen in ihren Transistoren nicht so beweglich sind. Zweitens ist es schwierig, den Betrieb der Transistoren in ihrem Sättigungsbereich bei den niedrigen Versorgungsspannungen, die in modernen VLSI-Verfahren verwendet werden, aufrechtzuerhalten, da die P-Kanal-Stromspiegelschaltung mit einer N-Kanal-Stromspiegelschaltung parallel zur Versorgungsspannung in Reihe geschaltet ist. Dieses Problem wird immer schwerwiegender, da der Trend bei VLSI-Verfahren dahin geht, die Schaltungen immer mehr zu verkleinern und niedrigere Versorgungsspannungen einzusetzen.
Figur 2 zeigt ein statisches Modul, das die Funktion eines subtrahierenden Frequenzteilers ausübt und die in unserer gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung GB- A-2 216 740 beschriebene Form hat. Der in Figur 2 dargestellte subtrahierende Frequenzteiler hat einen ersten Eingang 20, der mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 21 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T20 verbunden ist. Die Stromquelle 21 und der Transistor T20 sind in Reihe zwischen die positive und die negative Versorgungsschiene 22 bzw. 23 geschaltet. Die Gate-Elektrode des Transistors T20 ist mit seiner Drain-Elektrode und mit der Gate-Elektrode eines weiteren N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T21 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T20 und T21 sind beide mit der negativen Versorgungsschiene 23 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T21 ist mit der Drain-Elektrode eines P- Kanal-Feldeffekt-Transistors T22 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der positiven Versorgungsschiene 22 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T22 ist mit dessen Gate-Elektrode und der Elektrode eines weiteren P-Kanal-Feldeffekt-Transistors T23 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der positiven Versorgungsschiene 22 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T23 ist mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T24 und einem Ausgangsanschluß 24 verbunden. Eine Stromquelle 25 ist zwischen die positive Versorgungsschiene 22 und die Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T25 geschaltet. Ein weiterer Eingangsanschluß 27 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Stromquelle 25 und der Drain- Elektrode des Transistors T25 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T25 ist außerdem mit dessen Gate-Elektrode und der Gate-Elektrode des Transistors T24 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T24 und T25 sind mit der negativen Versorgungsschiene 23 verbunden. Die Transistoren T20 und T21 sind gleich dimensioniert und bilden eine erste Stromspiegelschaltung mit einer Verstärkung gleich Eins, d.h. Eingangs- und Ausgangströme sind gleich. Die Transistoren T22 und T23 bilden eine zweite Stromspiegelschaltung, jedoch sind die Kanalbreite/Kanallänge-Verhältnisse der Transistoren T23 und T22 so gewählt, daß der Ausgangsstrom von der Drain-Elektrode des Transistors T23 A-mal dem an der Drain-Elektrode des Transistors T22 anliegenden Eingangsstrom entspricht. Auf ähnliche Weise bilden die Transistoren T24 und T25 eine dritte Stromspiegelschaltung, wobei die Kanalbreite/Kanallänge-Verhältnisse der Transistoren T24 und T25 so gewählt sind, daß der Ausgangsstrom von der Drain-Elektrode des Transistors T24 A-mal dem an der Drain-Elektrode des Transistors T25 anliegenden Eingangsstrom entspricht.
Die Stromquellen 21 und 25 erzeugen jeweils einen Strom j. Somit kann der Eingangsstrom i&sub1; am Eingang 20 einen Wert von bis zu -j haben, ohne daß der als Diode geschaltete Eingangstransistor T20 in Sperrichtung betrieben wird. Auf ähnliche Weise kann der Eingangsstrom i&sub2; am Eingang 27 ebenfalls einen Wert von bis zu -j haben, ohne daß der als Diode geschaltete Eingangstransistor T25 in Sperrichtung betrieben wird. Die Eingangsschaltung wird normalerweise so konzipiert, daß sie mit Strömen von 2j arbeitet, so daß die Eingangsströme i&sub1; und i&sub2; zwischen ±j schwanken können. Wenn am Eingang 20 ein Strom i&sub1; anliegt, liefert der Ausgang der ersten aus den Transistoren T20 und T21 gebildeten Stromspiegelschaltung einen Strom j+i&sub1; in der in Figur 2 dargestellten Richtung. Dieser Strom wird dem Eingang der zweiten aus den Transistoren T22 und T23 gebildeten Stromspiegelschaltung zugeführt, die an ihrem Ausgang einen Strom A.(j+i&sub1;) in der in Figur 2 gezeigten Richtung liefert. Wenn ein Strom i&sub2; am Eingang 27 anliegt, wird dieser zu dem von der Stromquelle 25 erzeugten Strom j addiert und dem Eingang der dritten Stromspiegelschaltung zugeführt, die daraufhin an ihrem Ausgang den Strom A.(j+i&sub2;) in der in Figur 2 angegebenen Richtung liefert. Infolgedessen ist der zum Ausgang 24 gelieferte Strom die Differenz zwischen den von der zweiten und dritten Stromspiegelschaltung gelieferten Ausgangsströmen A.(j+i&sub1;)-Aj(j+i&sub2;), also A.(i&sub1;-i&sub2;). Somit entspricht der Strom am Ausgang 24 A-mal der Differenz zwischen den Strömen an den Eingängen 20 und 27, und das in Figur 2 dargestellte Modul sorgt sowohl für eine Stromskalierung als auch für eine Stromsubtraktion. Es ist offensichtlich, daß diese Schaltung eine direkte Stromskalierungsfunktion ausüben kann, wenn der Eingangsstrom i&sub2; gleich Null ist, oder eine invertierte Stromskalierung durchführen kann, wenn der Eingangsstrom i&sub1; gleich Null ist.
Innerhalb der in Figur 2 dargestellten statischen Module wird ein Vorstrom j zu dem Eingangsstrom addiert und anschließend wird der gleiche Vorstrom j vom Ausgangsstrom (falls erforderlich multipliziert mit einem beliebigen Skalierfaktor) subtrahiert. Somit können bidirektionale Signalströme an den Eingängen jedes Moduls angelegt und von dem entsprechenden Ausgang geliefert werden. Es sind zwei aufeinander abgestimmte Stromquellen erforderlich, jedoch können diese in einer integrierten Schaltung dicht beieinander liegen, wodurch eine Fehlanpassung der von den beiden Stromquellen erzeugten Ströme auf ein Minimum reduziert wird.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Stromskalierschaltung, wobei in der Stromspiegelschaltung nur N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren eingesetzt werden. Der in Figur 3 dargestellte subtrahierende Frequenzteiler hat einen ersten Eingang 30, der mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 31 und der Drain-Elektrode eines N- Kanal-Feldeffekt-Transistors T30 verbunden ist. Der andere Anschluß der Stromquelle 31 ist mit einer positiven Versorgungsschiene 32 verbunden, während die Source-Elektrode des Transistors T30 mit einer negativen Versorgungsschiene 33 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T30 ist mit dessen Gate-Elektrode und der Gate- Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T31 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der negativen Versorgungsschiene 33 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T31 ist über eine Stromquelle 36 mit der positiven Versorgungsschiene 32, mit einem zweiten Eingangsanschluß 37 und mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T34 verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T34 ist mit der negativen Versorgungsschiene 33 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit seiner Gate-Elektrode und der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T35 verbunden ist. Die Source-Elektrode des Transistors T35 ist mit der negativen Versorgungsschiene 33 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit einem Ausgangsanschiuß 34 und über eine Stromquelle 35 mit der positiven Versorgungsschiene 32 verbunden ist. Die Stromquelle 31 ist vorgesehen, um einen Strom j zu erzeugen, während die Stromquelle 36 vorgesehen ist, um einen Strom 2j zu erzeugen, und die Stromquelle 35 ist vorgesehen, um einen Strom A.j zu erzeugen. Die erste aus den Transistoren T30 und T31 gebildete Stromspiegelschaltung ist so angeordnet, daß sie ein Stromverhältnis gleich Eins aufweist, während die zweite aus den Transistoren T34 und T35 gebildete Stromspiegelschaltung so angeordnet ist, daß sie ein Stromverhältnis von 1:A aufweist.
Im Betrieb liegt ein Eingangsstrom i&sub1; am Eingang 30 an, und infolgedessen wird dem Eingang der ersten Stromspiegelschaltung der Strom j+i&sub1; zugeführt. Somit ist der Ausgangsstrom der ersten Stromspiegelschaltung ebenfalls j+i&sub1;. Wenn dem Eingang 37 ein Eingangsstrom i&sub2; zugeführt wird, dann entspricht der an dem Eingang der zweiten Stromspiegelschaltung anliegende Strom 2j+i&sub2;-(j+i&sub1;), also j+i&sub2;-i&sub1;. Dadurch liefert die zweite Stromspiegelschaltung an ihrem Ausgang den Strom A.(j+ i&sub2;-i&sub1;). Daraus ergibt sich der Strom am Ausgang 34 als A.j-A.(j+i&sub2;-i&sub1;), also A(i&sub1;-i&sub2;).
Figur 4 zeigt die Verbindung zwischen zwei Modulen der in Figur 2 dargestellten Art. Es wird angenommen, daß der Wert von A gleich Eins ist, daß der Eingangsstrom i&sub1; = i und der Eingangsstrom i&sub2; = 0 ist. Dann ergibt sich, daß der Strom durch den Transistor T23 gleich j+i und der Strom durch den Transistor T24 gleich j ist, was zum Strom i führt, der von dem Ausgang einer Stromskalierschaltung an den Eingang der nächsten weitergeleitet wird. Die Stromquelle 21' erzeugt den Strom j, und der Transistor T20' leitet den Strom j+i.
Figur 5 zeigt eine entsprechende Verbindung zwischen zwei Stromskalierschaltungen wie in Figur 3 dargestellt. Es wird wiederum angenommen, daß A = 1, i&sub1; = i und i&sub2; = 0 ist. In diesem Fall leitet die Stromquelle 35 den Strom j weiter, während der Transistor T35 den Strom j-i leitet. Wieder wird der Strom i zwischen den beiden Stromskalierschaltungen weitergeleitet und dem Eingang der zweiten Schaltung zugeführt. In der Eingangsschaltung der zweiten Stromskalierschaltung erzeugt die Stromquelle 31' den Strom j, während der Transistor T30' den Strom j+i leitet.
Aus dem Vergleich der in Figur 4 und Figur 5 dargestellten Verbindungsanordnungen ist ersichtlich, daß der Ausgang des zweiten Stromspiegels der in Figur 2 gezeigten Skalierschaltung mit dem Eingang des ersten Stromspiegels der nachfolgenden Skalierschaltung des in Figur 2 gezeigten Typs verbunden ist. Diese Stromspiegel sind parallel zu den Versorgungsschienen in Reihe geschaltet und leiten beide den Strom j+i.
Bei den in Figur 5 dargestellten Verbindungsschaltungen zwischen den in Figur 3 gezeigten Stromskalierschaltungen ist die Stromquelle 35 jedoch mit der ersten Stromspiegelschaltung des nachfolgenden Moduls parallel zu den Versorgungsschienen in Reihe geschaltet. Die Stromquelle 35 leitet den Strom j, während der Transistor T23, der den Ausgangszweig des ersten Stromspiegels bildet, den Strom j+i leitet. Somit ist die Sättigungsspannung des Ausgangstransistors, der den konstanten Strom j liefert, d.h. die Stromquelle 35, geringer als die eines vergleichbaren Bauelementes, das den Strom j+i führt, d.h. der Transistor T23, der den Ausgangszweig der zweiten Stromspiegelschaltung in der in Figur 2 gezeigten Anordnung bildet. Infolgedessen kann die zulässige Versorgungsspannung für den gleichen Eingangssignalstrombereich niedriger sein, oder es könnte alternativ eine kleinere P-Kanal-Voirichtung verwendet werden. Die Stromquellen für die in Figur 3 gezeigte Anordnung können aus P-Kanal-Feldeffekt- Transistor-Anordnungen bestehen, wenn das CMOS-Verfahren eingeszt wird. Alternativ könnten die Stromquellen beim Einsatz eines NMOS-Verfahrens aus Verarmungstransistor-Anordnungen bestehen. In beiden Fällen fließt Signalstrom nur in den aus N-Kanal-Transistoren gebildeten Stromspiegelschaltungen, wodurch der Entwurf erleichtert wird. Der Unterschied zwischen den in Figur 2 und Figur 3 dargestellten Anordnungen wird noch deutlicher, wenn Quellen-Gegenkopplungswiderstände in den Stromquellen und den P-Kanal-Stromspiegelschaltungen benutzt werden. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß bei der Anpassung von Vorströmen eine geringere Genauigkeit gefordert ist, da dies lediglich einen Stromversatz zur Folge hat und somit die gleiche Schaltungssignalleistung durch die Verwendung von kleineren Quellen-Gegenkopplungswiderständen oder durch gänzliches Weglassen der Quellen-Gegenkopplungswiderstände in den Stromquellen erzielt wird.
Eine ganze Familie von statischen Modulen kann geschaffen werden, indem nur Stromspiegelschaltungen mit N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren verwendet werden. Es ist offensichtlich, daß analog zu den in unserer gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung GB-A-2 216 740 dargelegten statischen Modulen N-Kanal-Stromskaliermodule mit mehrfachen Eingängen und Ausgängen geschaffen werden können. Figur 3 zeigt eine representative einseitige Schaltung, wahrend Figur 6 eine repräsentative differentielle Stromskalierschaltung zeigt.
Die in Figur 6 dargestellte differentielle Stromskalierschaltung hat einen ersten Eingang 100, der mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 101 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T101 verbunden ist. Der andere Anschluß der Stromquelle 101 ist mit einer positiven Versorgungsschiene 102 verbunden, während die Source-Elektrode des Transistors T101 mit einer negativen Versorgungsschiene 103 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T101 ist auch mit dessen Gate-Elektrode und mit den Gate-Elektroden von zwei weiteren N- Kanal-Feldeffekt-Transistoren T102 und T103 verbunden. Eine Stromquelle 104 ist zwischen die positive Versorgungsschiene 102 und die Drain-Elektrode des Transistors T102 sowie die Drain- und Gate-Elektroden eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T104 geschaltet. Die Gate-Elektrode des Transistors T104 ist mit der Gate-Elektrode eines weiteren N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T105 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T102, T103, T104 und T105 sind mit der negativen Versorgungsschiene 103 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T103 ist mit einem ersten Ausgangsanschluß 105 verbunden. Eine Stromquelle 106 ist zwischen die positive Versorgungsschiene 102 und die Drain-Elektrode des Transistors T103 geschaltet. Ein zweiter Eingangsanschluß 107 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 108 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Tiansistors T108 verbunden. Der andere Anschluß der Stromquelle 108 ist mit der positiven Versorgungsschiene 102 verbunden, während die Source-Elektrode des Transistors T108 mit der negativen Versorgungsschiene 103 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T108 ist außerdem mit dessen Gate-Elektrode und den Gate-Elektroden von zwei weiteren N- Kanal-Feldeffekt-Transistoren T109 und T110 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T109 und T110 sind mit der negativen Versorgungsschiene 103 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T109 ist mit der positiven Versorgungsschiene 102 über eine Stromquelle 109 und mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt- Transistors T111 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T110 ist mit der positiven Versorgungsschiene 102 über eine Stromquelle 110 und mit einem Ausgang 111 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T111 ist mit dessen Gate-Elektrode und mit der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T112 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T111 und T112 sind mit der negativen Versorgungsschiene 103 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T105 ist mit dem Ausgang 111 verbunden, während die Drain-Elektrode des Transistors T112 mit dem Ausgang 105 verbunden ist.
Die Stromquellen 101 und 108 erzeugen beide den Strom j, die Stromquellen 104 und 109 erzeugen beide den Strom 2j, und die Stromquellen 106 und 110 erzeugen beide den Strom 2Aj. Die Transistoren T101 bis T103 umfaseen eine erste N- Kanal-Stromspiegelschaltung mit einem Eingangszweig, der den Transistor T101 enthält, mit einem ersten Ausgangszweig, der den Transistor T102 enthält, und mit einem zweiten Ausgangszweig, der den Transistor T103 enthält. Das Stromverhältnis zwischen dem Eingang und dem ersten Ausgangszweig ist 1:1, während dasjenige zwischen dem Eingang und dem zweiten Ausgangszweig 1:A ist. Eine zweite Stromspiegelschaltung wird durch die Transistoren T104 und T105 gebildet, wobei der Eingangszweig den Transistor T104 und der Ausgangszweig den Transistor T105 enthält. Das Stromverhältnis zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangszweig der zweiten Stromspiegelsehaltung ist 1:A. Auf ähnliche Weise bilden die Transistoren T108, T109 und T110 eine dritte Stromspiegelschaltung mit einem Stromverhältnis von 1:1 zwischen dem Eingang und dem ersten Ausgangszweig und einem Stromverhältnis von 1:A zwischen dem Eingang und dem zweiten Ausgangszweig. Eine vierte Stromspiegelschaltung wird durch die Transistoren T111 und T112 gebildet und weist ein Stromverhältnis von 1:A zwischen ihrem Eingangs- und ihrem Ausgangszweig auf.
Wenn ein Strom i&spplus; an dem Eingang 100 und ein Strom i&supmin; an dem Eingang 107 anliegt, werden alle in Figur 6 angegebenen Ströme geliefert. Verfolgt man den Verlauf dieser Ströme, so ist ersichtlich, daß an den Ausgängen 105 und 111 die Ströme -A(i&spplus;-i&supmin;) und A(i&spplus;-i&supmin;) geliefert werden.
Mit N-Kanal-Stromspiegelschaltungen können verschiedene vollständig differentielle statische Module mit Skalierfunktion geschaffen werden. Der Fachkundige wird Schaltungsanordnungen mit Stromspiegelschaltungen mit N-Kanal-Bauelementen ableiten können, die den in unserer gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung GB-A-2 216 740 dargelegten Anordnungen entsprechen, in denen sowohl Stromspiegelschaltungen mit N-Kanal-Vorrichtungen als auch Stromspiegelschaltungen mit P-Kanal-Vorrichtungen verwendet werden.
Figur 7 zeigt ein Stromspeichermodul, das mit Strom-Speicherzellen aufgebaut ist, die nur mit N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren arbeiten. Das in Figur 7 dargestellte Stromspeichermodul hat einen Eingang 200, der mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 201 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt- Transistors T201 verbunden ist. Der andere Anschluß der Stromquelle 201 ist mit einer positiven Versorgungsschiene 202 verbunden, während die Source-Elektrode des Transistors T201 mit einer negativen Versorgungsschiene 203 verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T201 ist außerdem mit dessen Gate-Elektrode und mit einem Anschluß eines Schalter S201 verbunden. Der andere Anschluß des Schalter S201 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Kondensator C201 und der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T202 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C201 und die Source-Elektrode des Transistors T202 sind mit der negativen Versorgungsschiene 203 verbunden. Die Drain-Flektrode des Transistors T202 ist über eine Stromquelle 204 mit der positiven Versorgungsschiene 202 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Stromquelle 204 und der Drain-Elektrode des Transistors T202 ist mit der Drain- und der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T203 verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T203 ist mit der negativen Versorgungsschiene 203 verbunden, während seine Gate-Elektrode mit dem einen Anschluß eines Schalters S202 verbunden ist. Der andere Anschluß des Schalters S202 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Kondensator C202 und der Gate-Elektrode eines N- Kanal-Feldeffekt-Transistors T204 verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T204 und der andere Anschluß des Kondensators C202 sind beide mit der negativen Versorgungsschiene 203 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T204 ist mit einem Ausgang 205 und über eine Stromquelle 206 mit der positiven Versorgungsschiene verbunden. Die Stromquellen 201 und 206 erzeugen den Strom j, während die Stromquelle 204 den Strom 2j erzeugt. Die Schalter S201 und S202 werden durch zwei Taktphasen und ∅ gesteuert, die während jeder Abtastperiode Pn auftreten. Die Taktphasen und ∅ überlappen sich nicht, so daß die Schalter S201 und S202 nie gleichzeitig geschlossen sind.
Die Stromspeicherschaltung funktioniert folgendermaßen: Wenn während einer Periode Pn der Eingangsstrom in an dem Eingang 200 anliegt, so wird dem als Diode geschalteten Transistor T201 der Strom in+j zugeführt. Wenn der Schalter S201 geschlossen ist, d.h. während der Phase , dann ist die die Transistoren T201 und T202 enthaltende Schaltung tatsächlich eine Stromspiegelschaltung, und der Transistor T202 leitet den Strom j+in. Gleichzeitig wird der Kondensator C201 bis zum Gate- Source-Potential des Transistors T202 geladen, und somit wird die Ladung im Kondensator C201 beim Öffnen des Schalters S201 das Gate-Source-Potential des Transistors T202 aufrechterhalten, so daß dieser weiterhin den Strom j+in leitet. Damit wird der Strom 2j-(j+in) dem als Diode geschalteten Transistor T203 zugeführt. Während der Phase ∅ der Abtastperiode Pn+i wird der Schalter S202 geschlossen, der von dem Transistor T204 geleitete Strom wird dann 2j-(j+in) entsprechen, und der Kondensator C202 wird bis zum Gate-Source-Potential des Transistors T204 geladen. Wenn der Schalter S202 geöffhet wird, d.h. nach dem Ende der Phase ∅ der Abtastperiode Pn+1, wird der Strom durch den Transistor T204 auf dem Wert 2j-(j+in) gehalten, und der Ausgangsstrom entspricht dann in, d.h. der Ausgangsstrom entspricht dem Eingangsstrom in der vorhergehenden Abtastperiode.
Figur 8 zeigt eine alternative Stromspeicherschaltung, bei der ausschließlich N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren verwendet werden. Die in Figur 8 dargestellte Stromspeicherschaltung hat einen Eingang 81, der mit dem einen Anschluß eines Schalters S81 verbunden ist, dessen anderer Anschluß mit dem Verbindungspunkt zwischen dem einen Anschluß eines Schalter S82 und der Drain-Elektrode eines N- Kanal-Feldeffekt-Transistors T81 verbunden ist. Der andere Anschluß des Schalters S82 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Gate/Elektrode des Transistors T81 und einem Kondensator C81 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C81 und die Source-Elektrode des Transistors T81 sind mit einer negativen Versorgungsschiene 83 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T81 ist über eine Stromquelle 84 mit einer positiven Versorgungsschiene 85 verbunden. Ein Anschluß eines Schalters S83 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Stromquelle 84 und der Drain-Elekrode des Transistors T81 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters S83 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem einen Anschluß eines Schalters S84 und der Drain- Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T82 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters S84 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Gate-Elektrode des Transistors T82 und einem Kondensator C82 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C82 und die Source-Elektrode des Transistors T82 sind mit der negativen Versorgungsschiene 83 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T82 ist mit der positiven Versorgungsschiene 85 über eine Stromquelle 86 und mit dem einen Anschluß eines Schalters S85 verbunden, dessen anderer Anschluß mit einem Ausgang 82 verbunden ist. Die Gate-Elektrode des Transistors T82 ist mit der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T85 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der negativen Versorgungsschiene 83 verbunden ist und dessen Drain-Elektrode über eine Stromquelle 91 mit der positiven Versorgungsschiene verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T85 ist über einen Schalter S90 auch mit einem Ausgang 88 verbunden. Die Stromquellen 84 und 86 erzeugen beide den Strom j, während die Stromquelle 91 den Strom A.j erzeugt. Diese Ströme sind geeignet, wenn die Kanalbreite/Kanallänge-Verhältnisse der Transistoren T85 und T82 so gewählt sind, daß der Transistor T85 A-mal den vom Transistor T82 geleiteten Strom leitet, wenn die gleiche Gate-Source-Spannung anliegt.
Zwei sich nicht überlappende Taktsignale ∅ und werden erzeugt, um die Schalter S81 bis S85 und S90 zu steuern. Somit wird jede Abtastperiode Pn in eine Phase ∅ und eine Phase unterteilt, die sich nicht überlappen. Die in Figur 8 dargestellte Anordnung funktioniert folgendermaßen: Wenn ein Eingangsstrom in an dem Eingang 81 in einer Abtastperiode Pn anliegt, sind die Schalter S81 und S82 wälirend der Phase ∅ geschlossen, und der Schalter S83 ist geöffnet. Infolgedessen wird der Transistor T81 als Diode geschaltet und der Kondensator C81 auf das Gate- Source-Potential geladen, das durch den Strom in+j erzeugt wird, der durch den Transistor T81 fließt. Am Ende der Phase ∅ werden die Schalter S81 und S82 geöffnet, aber der Transistor T81 leitet aufgrund der Ladung des Kondensators C81 weiterhin den Strom j+in. Während der Phase der Abtastperiode Pn werden die Schalter S83 und S84 geschlossen, und der Transistor T82 ist als Diode geschaltet und leitet den Strom j-in. Wieder wird der Kondensator C82 bis auf das Gate-Source-Potential des Transistors T82 geladen, so daß am Ende der Phase der Strom durch den Transistor T82 aufgrund der Ladung im Kondensators C82 auf j-in gehalten wird. Da die Gate- Elektrode des Transistors T85 mit der Gate-Elektrode des Transistors T82 verbunden ist, leitet der Transistor T85 den Strom Ax(j-in). Während der Phase ∅ der folgenden Abtastperiode Pn+1 werden die Schalter S85 und S90 geschlossen, und infolgedessen wird am Anschluß 82 der Strom in und am Anschluß 88 der Strom A.in geliefert. Damit ist die in Figur 8 dargestellte Speicherschaltung in der Lage, an ihrem Ausgang 82 den während der vorhergehenden Abtastperiode an ihrem Eingang 81 anliegenden Strom zu reproduzieren, und am Ausgang 88 steht eine skalierte Version dieses Strom zur Verfügung.
Es ist offensichtlich, daß vollständig differentielle Versionen der in Figur 8 dargestellten Speicherschaltung vom Fachkundigen leicht realisiert werden können, und bezüglich der verschiedenen Arten von Speicherschaltungen, die mit komplementären Strom-Speicherzellen realisiert werden können, sei auf unsere gleichzeitig anhängige Patentanmeldung GB-A-2 216 740 verwiesen; alle diese Schaltungen können in Speichersehaltungen umgewandelt werden, in denen Speicherzellen bestehend ausschließlich aus N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren verwendet werden.
Figur 9 zeigt einen doppelt symmetrischen, differentiellen bilinearen Integrator, bei dem die Signalströme ausschließlich durch N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren fließen. Die in Figur 9 dargestellte Schaltung hat zwei Eingangsanschlüsse 301 und 311. Der Eingangsanschluß 301 ist über einen Schalter S301 mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 302 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt- Transistors T301 verbunden. Der andere Anschluß der Stromquelle 302 ist mit einer positiven Versorgungsschiene 300 verbunden, während die Source-Elektrode des Transistors T301 mit einer negativen Versorgungsschiene 309 verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T301 ist außerdem mit dessen Gate-Elektrode und mit dem einen Anschluß eines Schalters S302 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters 302 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Kondensator C301 und der Gate- Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T302 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C301 und die Source-Elektrode des Transistors T302 sind mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T302 ist über eine Stromquelle 303 mit der positiven Versorgungsschiene 300 und mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T303 verbunden. Die Drain- Elektrode des Transistors T303 ist ebenfalls mit dessen Gate-Elektode und mit dem einen Anschluß eines Schalter S303 verbunden, während seine Source-Elektrode mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden ist. Der andere Anschluß des Schalters S303 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Kondensator C302 und den Gate- Elektroden von drei N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren T304, T305 und T306 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C302 und die Sourc-Elekoden der Transistoren T304, T305 und T306 sind alle mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T304 ist über eine Stromquelle 304 mit der positiven Versorgungsschiene 300 verbunden, die Drain-Elektrode des Transistors T305 ist mit einer positiven Versorgungsschiene über eine Stromquelle 305 verbunden und die Drain-Elektrode des Transistors T306 ist mit der positiven Versorgungsschiene 300 über eine Stromquelle 306 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T304 ist außerdem mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T307 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T307 ist außerdem mit dessen Gate-Elektrode und den Gate-Elektroden von zwei weiteren N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren T308 und T309 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T308 und T309 sind mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden, während die Drain-Elektroden der Transistoren T308 und T309 über die Stromquelle 315 bzw. 316 mit der positiven Versorgungsschiene 300 verbunden sind.
Der Eingangsanschluß 311 ist über einen Schalter S311 mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 312 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal- Feldeffekt-Transistors T311 verbunden. Die andere Seite der Stromquelle 312 ist mit der positiven Versorgungsschiene 300 verbunden, während die Source-Elektrode des Transistors T311 mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T311 ist außerdem mit dessen Gate-Elektrode und dem einen Anschluß eines Schalters S312 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters S312 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Kondensator C311 und der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T312 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C311 und die Source-Elektrode des Transistors T312 sind beide mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T312 ist mit der positiven Versorgungsschiene 300 über eine Stromquelle 313 und mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T313 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T313 ist außerdem mit dessen Gate-Elektrode und dem einen Anschluß eines Schalters S313 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters S313 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Kondensator C312 und der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T314 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C312 und die Source-Elektrode des Transistors T314 sind mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors T314 ist außerdem mit den Gate-Elektroden von zwei N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren T315 und T316 verbunden, deren Source-Elektroden mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden sind. Die Drain-Elektroden der Transistoren T315 und T316 sind über die Stromquelle 315 bzw. 316 mit der positiven Versorgungsschiene 300 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T314 ist mit der positiven Versorgungsschiene 300 über eine Stromquelle 314 und mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T317 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T317 ist mit dessen Gate- Elektrode und mit den Gate-Elektroden von zwei weiteren N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren T318 und T319 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T317, T318 und T319 sind mit der negativen Versorgungsschiene 309 verbunden. Die Drain- Elektroden der Transistoren T318 und T319 sind über die Stromquelle 305 bzw. 306 mit der positiven Versorgungsschiene 300 verbunden. Ein Ausgangsanschluß 307 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Stromquelle 306 und der Drain-Elektrode des Transistors T306 verbunden, während ein Ausgangsanschluß 317 mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 316 und der Drain-Elektrode des Transistors T316 verbunden ist. Eine Rückkopplungsverbindung 308 ist zwischen der Drain-Elektrode des Transistors T305 und der Drain-Elektode des Transistors T301 vorgesehen, während eine Rückkopplungsverbindung 318 zwischen die Drain-Elektrode des Transistors T315 und die Drain-Elektrode des Transistors T311 geschaltet ist. Der Eingangsanschluß 301 ist außerdem über einen Schalter S304 mit dem Verbindungspunkt zwischen der Stromquelle 313 und der Drain-Elektrode des Transistors T312 verbunden, während der Eingangsanschluß 311 über einen Schalter S314 mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 303 und der Drain-Elektrode des Transistors T302 verbunden ist.
Die Transistoren T301 und T302, der Kondensator C301 und der Schalter S303 bilden eine erste Strom-Speicherzelle MC301 mit einem Stromverhältnis gleich Eins, d.h. der Ausgangsstrom in einem Taktzyklus entspricht dem Eingangsstrom in dem vorhergehenden Taktzyklus. Die Transistoren T303 bis T306, der Schalter S303 und der Kondensator C302 bilden eine zweite Strom-Speicherzelle MC302. Die zweite Strom-Speicherzelle MC302 hat drei Ausgangsströme, die von den Drain-Elektroden der Transistoren T304, T305 bzw. T306 abgenommen werden. Der von der Drain-Elektrode des Transistors T304 abgenommene Strom hat den gleichen Wert wie der vorher der Drain-Elektrode des Transistors T303 zugeführte Strom. Der von dem Transistor T305 gelieferte Strom entspricht B/2-mal dem zuvor der Drain-Elektrode des Transistors T303 zugeführen Strom, während die Drain-Elektrode des Transistors T306 einen Ausgangsstrom liefert, der A-mal dem zuvor der Drain-Elekode des Transistors T303 zugeführen Strom entspricht. Die Transistoren T311 und T312, der Kondensator C311 und der Schalter S312 bilden eine dritte Strom-Speicherzelle MC311 mit einem Stromverhältnis gleich Eins. Der Ausgangsstrom der dritten Strom-Speicherzelle wird von der Drain-Elektrode des Transistors T312 abgeleitet, der einen Strom liefert, der dem zuvor der Drain-Elektrode des Transistors T311 zugeführten Strom entspricht. Die Transistoren T313, T314, T315 und T316, der Kondensator C312 und der Schalter S313 bilden eine vierte Strom-Speicherzelle MC312. Der von der Drain-Elektrode des Transistors T314 gelieferte Strom entspricht dem zuvor der Drain-Elektrode des Transistors T313 zugeführten Strom, der von der Drain-Elektrode des Transistors T315 gelieferte Strom entspricht B/2-mal dem zuvor der Drain-Elektrode des Transistors T313 zugeführten Strom, und der von der Drain-Elektrode des Transistors T316 gelieferte Strom entspricht A-mal dem zuvor der Drain-Elekode des Transistors T313 zugeführten Strom. Die Transistoren T307, T308 und T309 bilden eine erste Stromspiegelschaltung CM301. Die Kanalbreite/Kanallänge-Verhältnisse der Transistoren sind so gewählt, daß der von der Drain-Elektrode des Transistors T308 gelieferte Strom B/2- mal dem der Drain-Elektrode des Transistors T307 zugeführten Strom entspricht, während der von der Drain-Elektrode des Transistors T309 gelieferte Strom A-mal dem der Drain-Elektrode des Transistors T307 zugefülirten Strom entspricht. Die Transistoren T317, T318 und T319 bilden eine zweite Stromspiegelschaltung CM311. Der von dem Transistor T318 gelieferte Strom entspricht B/2-mal dem dem Transistor T317 zugeführten Strom, während der von dem Transistor T319 gelieferte Strom A-mal dem dem Transistor T317 zugeführten Strom entspricht. Die Stromquellen 302 und 312 erzeugen beide einen Strom j, die Stromquellen 303, 304, 313 und 314 erzeugen alle den Strom 2j, die Stromquellen 305 und 315 erzeugen jeweils den Strom Bj, während die Stromquellen 306 und 316 beide den Strom 2Aj erzeugen. Die Schalter S301, S302, S311 und S312 sind während der Phase geschlossen, während die Schalter S304, S303, S314 und S313 während der Phase ∅ geschlossen sind, wobei die Phasen ∅ und so beschaffen sind, wie in Figur 10 definiert.
Die Funktionsweise des in Figur 9 dargestellten Integrator wird unter Zugrundelegung der Annahme beschrieben, daß die Eingangsanschlüsse 301 und 311 die differentiellen Eingangsströme i&spplus; bzw. i&supmin; erhalten und daß die Ausgänge der Anschlüsse 317 und 307 die differentiellen Ausgangsströme io&spplus; bzw. io&supmin; liefern. In der folgenden Analyse sind die Ströme I&sub1; bis I&sub9; definiert als die jeweils durch die Transistoren T311 bis T319 fließenden Ströme, während die Ströme I&sub1;' bis I&sub9;' definiert sind als die jeweils durch die Transistoren T301 bis T309 fließenden Ströme.
Während der Phase der Abtastperiode (n-1) ist
I&sub1; = I&sub2; = j + j&supmin; + if
wobei if = io&spplus; (n-1) / 2A
i&supmin;= i&supmin; (n-1)
und, für einen idealen Integrator
B = 1
I&sub2; = j + io&spplus; (n-1) / 2A + i&supmin; (n-1)
Auf ähnliche Weise ist I&sub2;' = j + io&supmin; (n-1) / 2A + i&spplus; (n-1).
Während der Phase ∅ der Abtastperiode n ist
Auf ähnliche Weise ist
Umgewandelt in die z-Ebene
Übertragen auf den stetigen idealen Integrator ergibt sich
A = T/4
Wenn B kleiner als Eins gemacht wird, entsteht ein verlustbehafteter Integrator, wahrend bei B gleich Eins ein idealer Integrator entsteht. Verschiedene biquadratische Filterabschnitte verwenden sowohl ideale als auch verlustbehaftete Integratoren, z.B. der biquadratische Tow-Thomas-Filterabschnitt.
Figur 11 zeigt eine sechste Ausführungsform eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei das in Figur 11 dargestellte Modul die gleiche Form hat wie das in Figur 3 abgebildete Modul, jedoch mit Ausnahme der Tatsache, daß zum Leiten der Signalströme P-Kanal-Feldeffekt- Transistoren anstelle von N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren verwendet werden. Das in Figur 11 dargestellte Modul übt die Funktion eines subtrahierenden Frequenzteilers aus. Das in Figur 11 abgebildete Schaltungsmodul hat einen Eingangsanschluß 430, der mit dem Verbindungspunkt zwischen der Drain-Elektrode eines P-Kanal-Feldeffekt-Transistors T430 und einer Stromquelle 431 verbunden ist. Der andere Anschluß der Stromquelle 431 ist mit einer negativen Versorgungsschlene 432 verbunden, während die Source-Elektrode des Transistors T430 mit einer positiven Versorgungsschiene 433 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T430 ist mit dessen Gate-Elektrode und mit der Gate-Elektrode eines P-Kanal-Feldeffekt-Transistors T431 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der positiven Versorgungsschiene 433 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T431 ist über eine Stromquelle 436 mit der negativen Versorgungsschiene 432 verbunden. Ein Eingangsanschluß 437 ist mit der Drain- Elektrode des Transistors T431 und mit der Drain-Elektrode eines P-Kanal-Feldeffekt- Transistors T434 verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T434 ist mit der positiven Versorgungsschiene 433 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit dessen Gate-Elektrode und mit der Gate-Elektrode eines P-Kanal-Feldeffekt-Transistors T435 verbunden ist. Die Source-Elektrode des Transistors T435 ist mit der positiven Versorgungsschiene 433 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit einem Ausgangsanschluß 434 und über eine Stromquelle 435 mit der negativen Versorgungsschiene 432 verbunden ist. Die Stromquelle 431 ist vorgesehen, um einen Strom j zu leiten, die Stromquelle 436 ist vorgesehen, um einen Strom 2j zu leiten, und die Stromquelle 435 ist vorgesehen, um einen Strom Aj zu leiten. Die aus den Transistoren T430 und T431 gebildete erste Stromspiegelschaltung weist ein Stromverhältnis gleich Eins auf, während die aus den Transistoren T434 und T435 gebildete zweite Stromspiegelschaltung ein Stromverhältnis von 1:A aufweist.
Während des Betriebes wird dem Eingang 430 ein Strom i&sub1; zugeführt, und infolgedessen liegt am Eingang der ersten Stromspiegelschaltung der Strom j+i&sub1; an. Somit ist der Ausgangsstrom der ersten Stromspiegelschaltung ebenfalls j+i&sub1;. Wird dem Anschluß 437 ein Eingangsstrom i&sub2; zugeführt, so entspricht der an dem Eingang der zweiten Stromspiegelschaltung anliegende Strom 2j +i&sub2;-(j+i&sub1;), also j+i&sub2;-i&sub1;. Dadurch liefert die zweite Stromspiegelschaltung an ihrem Ausgang den Strom A(j+i&sub2;-i&sub1;). Infolgedessen entspricht der Strom am Ausgang 434 Aj-A(j+i&sub2;-i&sub1;), also A(i&sub1;-i&sub2;). Somit entspricht der Ausgangsstrom am Anschluß 434 der Differenz zwischen den an den Eingangsanschlüssen 430 und 437 anliegenden Eingangsströmen multipliziert mit einer Konstante A. Wird eine Vielzahl von Ausgangsströmen benötigt, sind lediglich weitere Zweige in der Ausgangsschaltung des zweiten Stromspiegels und geeignete Stromquellen entsprechend der Stromquelle 435 vorzusehen. Die zusätzlichen Ausgangszweige und die entsprechenden Stromquellen können natürlich unterschiedliche Skalierfaktoren aufweisen. Auf diese Weise kann eine Reihe von unabhängig voneinander skalierten Ausgangsströmen erzeugt werden. Ein geeigneter Summier-Frequenzteiler kann geschaffen werden, indem lediglich eine Reihe von Eingängen am Verbindungspunkt zwischen der Drain-Elektrode des Transistors T430 und der Stromquelle 431 vorgesehen wird. Die Anzahl der Summier-Eingänge ist durch die Bedingung begrenzt, daß der in den Verbindungspunkt zwischen der Drain-Elektrode des Transistors T430 und der Stromquelle 431 fließende Gesamtstrom nicht größer als der Strom j werden darf.
Figur 12 zeigt eine siebte Ausführungsform eines Schaltungsmodul zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, das die Form einer Stromspeicherschaltung aufweist. Diese Schaltung entspricht der in Figur 7 dargestellten Schaltung, jedoch werden zum Leiten der Signalströme P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren anstelle von N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren verwendet. Die in Figur 12 gezeigte Stromspeicherschaltung hat einen Eingang 400, der mit der Drain-Elektrode eines P- Kanal-Feldeffekt-Transistors T401 und einer Stromquelle 401 verbunden ist. Die Source-Elektrode des Transistors T401 ist mit der positiven Versorgungsschiene 403 verbunden, während der andere Anschluß der Stromquelle 401 mit einer negativen Versorgungsschiene 402 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T401 ist mit dessen Gate-Elektrode und mit dem einen Anschluß eines Schalter S401 verbunden. Der andere Anschluß des Schalter S401 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einem Kondensator C401 und der Gate-Elektrode eines P-Kanal-Feldeffekt-Transistors T402 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators C401 ist mit der positiven Versorgungsschiene verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T402 ist über eine Stromquelle 404 mit der negativen Versorgungsschiene 402 verbunden, während seine Source-Elektrode mit der positiven Versorgungsschiene 403 verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T402 ist mit der Drain-Elektrode eines P-Kanal-Feldeffekt- Transistors T403 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der positiven Versorgungsschiene 403 verbunden ist. Die Gate-Elektrode des Transistors T403 ist mit seiner Drain-Elektrode und mit dem einen Anschluß eines Schalters S402 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters S402 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Gate- Elektrode eines P-Kanal-Feldeffekt-Transistors T404 und einem Kondensator C402 verbunden, dessen anderer Anschluß mit der positiven Versorgungsschiene 403 verbunden ist. Die Source-Elektrode des Transistors T404 ist mit der positiven Versorgungsschiene 403 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit einem Ausgang 405 und über eine Stromquelle 406 mit der negativen Versorgungsschiene 402 verbunden ist. Die Schalter S401 und S402 werden von zwei Taktphasen und ∅ gesteuert, die während jeder Abtastperiode Pn auftreten. Die Taktphasen und ∅ überlappen sich nicht, so daß die Shhalter S401 und S402 niemals gleichzeitig geschlossen sind.
Die Funktionsweise der in Figur 12 dargestellten Stromspeicherschaltung entspricht der beschriebenen Funktionsweise der Schaltung aus Figur 7. Sie wird daher nicht näher beschrieben.
Figur 13 zeigt eine achte Ausführungsform eines Schaltungsmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Das in Figur 13 dargestellte Modul hat die Form eines Stromspeichers mit einem differentiellen Stromeingang und einem differentiellen Stromausgang. Das in Figur 13 abgebildete Modul hat einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß 500 bzw. 510 zum Anlegen eines differentiellen Eingangsstroms. Der Eingangsanschluß 500 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T501 und einer Stromquelle 501 verbunden. Der andere Anschluß der Stromquelle 501 ist mit einer positiven Versorgungsschiene 502 verbunden, während die Source-Elekode des Transistors T501 mit einer negativen Versorgungsschiene 503 verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T501 ist mit dessen Gate-Elektrode und mit dem einen Anschluß eines Schalter S501 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters S501 ist mit der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T502 und einem Kondensator C501 verbunden, dessen anderer Anschluß mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden ist. Die Source-Elektrode des Transistors T502 ist mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit der Drain- und der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T503 und über eine Stromquelle 504 mit der positiven Versorgungsschiene 502 verbunden ist. Die Gate- Elektrode des Transistors T503 ist mit dem einen Anschluß eines Schalters S502 verbunden, während seine Source-Elektrode mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden ist. Der andere Anschluß des Schalters S502 ist mit den Gate-Elekroden von zwei weiteren N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren T504 und T505 und einem Kondensator C502 verbunden, dessen anderer Anschluß mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T504 ist mit der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T506 und über eine Stromquelle 505 mit der positiven Versorgungsschiene 502 verbunden. Die Soure-Elektroden der Transistoren T504, T505 und T506 sind mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T505 ist über eine Stromquelle 506 mit der positiven Versorgungsschiene 502 und mit einem Ausgangsanschluß 507 verbunden.
Der Eingangsanschluß 510 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Stromquelle 511 und der Drain-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T511 verbunden. Die Souree-Elektrode des Transistors T511 ist mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden, während der andere Anschluß der Stromquelle 511 mit der positiven Versorgungsschiene 502 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T511 ist mit dessen Gate-Elektrode und mit dem einen Anschluß eines Schalters S511 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters S511 ist mit der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T512 und einem Kondensator C511 verbunden, dessen anderer Anschluß mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden ist. Die Drain-Elektrode des Transistors T512 ist mit der Drain- und der Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T513 und über eine Stromquelle 514 mit der positiven Versorgungsschiene verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T512 und T513 sind mit der negativen Versorgungsschiene verbunden. Die Gate-Elektrode des Transistors T513 ist mit dem einen Anschluß eines Schalters S512 verbunden, dessen anderer Anschluß mit den Gate-Elektroden von zwei N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren T514 und TSIS und mit dem einen Anschluß eines Kondensator C512 verbunden ist, dessen anderer Anschluß mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden ist. Die Drain- Elektrode des Transistors T514 ist mit der Drain-Elektrode eines weiteren N-Kanal- Feldeffekt-Transistors T516 und über eine Stromquelle 515 mit der positiven Versorgungsschiene 502 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors T515 ist über eine Stromquelle 516 mit der positiven Versorgungsschiene 502 und mit einem Ausgangsanschluß 517 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren T514, T515 und T516 sind mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden.
Die Gate-Elektrode des Transistors T506 ist mit dessen Drain-Elektrode und mit der G-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T507 verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T507 ist mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit dem Anschluß 517 verbunden ist. Die Gate-Elektrode des Transistors T516 ist mit dessen Drain-Elektrode und mit der Gate- Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekt-Transistors T517 verbunden. Die Source-Elektrode des Transistors T517 ist mit der negativen Versorgungsschiene 503 verbunden, während seine Drain-Elektrode mit dem Ausgangsanschluß 507 verbunden ist.
Die Funktionsweise des in Figur 13 gezeigten differentiellen Stromspeichers kann in der gleichen Weise wie die der in Figur 6 abgebildeten differentiellen Skalierschaltung analysiert werden. Die aus den Transistoren T501 bis T505 und ihren zugehörigen Schaltern und Kondensatoren gebildete erste Stromspeicherschaltung entspricht der aus den Transistoren T101 bis T103 gebildeten ersten Stromspiegelschaltung in Figur 6. Auf gleiche Weise entspricht die aus den Transistoren T511 bis T515 und ihren zugehörigen Schaltern und Kondensatoren gebildete Stromspeicherschaltung der aus den Transistoren T108 bis T110 gebildeten Stromspiegelschaltung in Figur 6. Die aus den Transistoren T506 und T507 und aus den Transistoren T517 und T516 gebildeten Stromspiegelschaltungen entsprechen den aus den Transistoren T104 und T105 und aus den Transistoren T111 und T112 gebildeten Stromspiegelschaltungen in Figur 6. Aufgrund der Funktionsweise der Stromspeicherschaltung sind die an den Ausgangsanschlüssen 507 und 517 gelieferten Ströme jedoch mit den an den Eingangsanschlüssen 500 und 510 im vorhergehenden Taktzyklus anliegenden Strömen verknüpft. Somit erscheint der an den Anschlüssen 500 und 510 anliegende Strom an den Ausgangsanschlüssen 507 und 517 um eine Taktperiode verzögert. Es sollte auch beachtet werden, daß die Ströme im Vergleich zur Eingangsstrom-Spiegelschaltung in Figur 6 in der Stromspeicherschaltung ein weiteres Mal invertiert werden, so daß der Ausgangsstrom am Anschluß 507 A (i&spplus;-i&supmin;) entspricht und der Ausgangsstrom am Anschluß 507 -A (i&spplus;-i&supmin;) entspricht.
Es ist offensichtlich, daß in der in Figur 13 dargestellten differentiellen Stromspeicherschaltung durch Hinzufügen zusätzlicher Ausgangszweige zu den Stromspeicherschaltungen und durch Hinzufügen geeigneter zusätzlicher Ausgangszweige zu den Stromspiegelschaltungen eine Fan-Out-Möglichkeit vorgesehen werden kann. Somit kann ein Stromspeicher mit Fan-Out-Möglichkeit geschaffen werden.
Es ist zu beachten, daß die Kondensatoren in jeder der hier beschriebenen Stromspeicherschaltungen zwischen die Gate-Elektrode des jeweiligen Transistors und jeden Punkt mit festem Potential geschaltet werden können. Insbesondere ist es nicht notwendig, den Kondensator zwischen die Gate- und die Source-Elektrode des Transistors zu schalten. Der Kondensator muß lediglich eine Ladung speichern können, die von dem Eingangsstrom abhängt, und eine Gate-Spannung aufrechterhalten können, die den Ausgangsstrom aufrechterhält, wenn der zugehörige Schalter geöffnet ist. Es ist offensichtlich, daß die am besten geeigneten Punkte mit festem Potential die positive und die negative Versorgungsschiene sind. Falls jedoch andere konstante Spannungen in der Schaltung erzeugt oder ihr zugeführt werden, so können diese ebenfalls verwendet werden.
Dem Fachkundigen wird leicht ersichtlich sein, daß jedes der hier beschriebenen Schaltungsmodule mit P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren oder mit N-Kanal- Feldeffekt-Transistoren zum Leiten der Signalströme ausgeführt werden kann. Die Abwandlungen jeglicher der dargestellten Schaltungen zur Schaffung der geeigneten Polaritätsvorrichtungen werden dem Fachkundigen leicht ersichtlich sein. Außerdem können die verschiedenen, in unserer gleichzeitig anängigen Patentanmeldung GB-A-2 216 740 dargelegten Schaltungen unter ausschließlicher Verwendung von N-Kanal- Feldeffekt-Transistoren oder ausschließlich von P-Kanal-Feldeffekt-Transistoren zum Leiten der Signalströme ausgeführt werden. Die für diese Schaltungen erforderlichen Abwandlungen sind vom Fachkundigen realisierbar. Für nähere Einzelheiten zu den verschiedenen Schaltungsmodulen, die geschaffen werden können, sei der Leser auf die obengenannte gleichzeitig anhängige Patentanmeldung verwiesen.
Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung werden dem Fachkundigen leicht weitere Abwandlungen ersichtlich sein. Solche Abwandlungen können andere Merkmale betreffen, die bereits aus dem Entwurf und der Verwendung von elektrischen oder elektronischen Schaltungen und Bestandteilen davon bekannt sind, und die anstelle oder zusätzlich zu den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendet werden können.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von abgetasteten analogen elektrischen Signalen, wobei jeder abgetastete Signalwert (Sample) in Form eines elektrischen Stroms vorliegt und wobei die Schaltungsanordnung Mittel zum Kombinieren des abgetasteten Eingangsstroms in der aktuellen Abtastperiode mit einem oder mehreren von dem abgetasteten Eingangsstrom (den Eingangsströmen) in einer oder mehreren vorhergehenden Abtastperioden abgeleiteten Strömen in vorgegebenen Anteilen enthält, und Mittel zum Ableiten des verarbeiteten Ausgangssignals von dem durch die Kombinationsmittel erzeugten kombinierten Strom in aufeinanderfolgenden Abtastperioden, wobei die Schaltungsanordnung Transistoren enthält und alle Transistoren, die Signalströme leiten, durch Vorrichtungen gleicher Polarität gebildet werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Transistoren, die Signalströme leiten, als N-Kanal-Feldeffekt-Transistoren ausgeführt sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die eine Vielzahl von Schaltungsmodulen enthält, wobei jedes Schaltungsmodul folgendes enthält: einen Stromeingang zum Empfangen eines bidirektionalen Eingangssignalstroms und einen Stromausgang zur Lieferung eines bidirektionalen Ausgangssignalstroms, Mittel zum Addieren eines Vorstroms zu dem bidirektionalen Eingangsstrom, um einen unidirektinalen Strom zu erzeugen, der vom Schaltungsmodul verarbeitet wird, und Mittel zum Subtrahieren eines geeignet skalierten Vorstroms von dem verarbeiteten unidirektionalen Strom, um einen bidirektionalen Strom am Stromausgang des Schaltungsmoduls zu erzeugen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, wobei eines der Schaltungsmodule ein Stromspeichermodul enthält, das in der Lage ist, an seinem Ausgang in einer Abtastperiode eine skalierte Version des während einer vorhergehenden Abtastperiode an seinem Eingang anliegenden Stroms zu reproduzieren.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei das Stromspeichermodul folgendes enthält: einen Stromeingang, einen Stromausgang, erste und zweite durch erste und zweite nichtüberlappende Taktsignale gesteuerte Schalter sowie erste und zweite Speicherzellen, wobei jede Speicherzelle einen Feldeffekt-Transistor enthält, zwischen dessen Gate- und Source-Elektroden ein Kondensator geschaltet ist, wobei der Stromeingang über den ersten Schalter mit der ersten Speicherzelle verbunden ist und die erste Speicherzelle über den zweiten Schalter mit der zweiten Speicherzelle verbunden ist, und wobei der Ausgang der zweiten Speicherzelle mit dem Stromausgang verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei das Stromspeichermodul eine erste Speicherzelle umfaßt, die folgendes enthält: einen Eingang, einen Ausgang, Mittel mit einem ersten Schalter, der während eines ersten Abschnittes einer Abtastperiode leitend ist, um den Eingang der ersten Speicherzelle mit dem Hauptstrompfad eines Transistors zu verbinden, Mittel mit einem zweiten Schalter, der während des ersten Abschnittes leitend ist, um den Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schalter und dem Hauptstrompfad des Transistors mit einem Mittel zum Aufrechterhalten des Stroms zu verbinden, und Mittel zum Verbinden des Hauptstrompfades des Transistors mit dem Ausgang der ersten Speicherzelle während eines zweiten Abschnittes der Abtastperiode, eine zweite Speicherzelle, deren Eingang mit dem Ausgang der ersten Speicherzelle und deren Ausgang mit dem Ausgang des Stromspeichermoduls verbunden ist, und Mittel zum Verbinden des Eingangs des Stromspeichermoduls mit dem Eingang der ersten Speicherzelle, wobei die Mittel zum Verbinden des Hauptstrompfades des Transistors mit dem Ausgang der ersten Speicherzelle einen Schalter enthalten, der während eines zweiten Abschnitts der Abtastperiode, der sich nicht mit dem ersten Abschnitt überlappt, leitend ist, wobei ein Ausgangsstrom von der ersten Speicherzelle verfügbar ist, wenn der dritte Schalter leitend ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei das Speichermodul differentielle Eingänge und Ausgänge hat und eine Vielzahl von Stromspeicherzellen, Mittel zur Verbindung von jedem der differentiellen Eingänge mit einer entsprechenden Stromspeicherzelle und Mittel zum Kombinieren der Ausgangsströme ausgewählter Speicherzellen zum Anlegen an die differentiellen Stromausgänge enthält.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 mit einem Integrator-Schaltungsmodul, das in der Lage ist, einen an seinem Eingang anliegenden bidirektionalen Strom zu integrieren.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, wobei das Integrator-Schaltungsmodul ein Stromspeichermodul nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und eine Rückkopplungsschleife von einem gespeicherten Ausgangsstrom zu einer Summier- Schaltung umfaßt, so daß ein gespeicherter Strom zu jedem Eingangsstrom-Sample addiert werden kann.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, die so ausgelegt ist, daß differentielle Eingangsströme integriert werden können.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, die ein statisches Modul enthält, das in der Lage ist, an seinem Ausgang eine skalierte Version des an seinem Eingang anliegenden Stroms zu liefern.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei das statische Modul eine Vielzahl von Ausgängen hat, von denen jeder in der Lage ist, einen individuell skalierten Ausgangsstrom zu liefern.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das statische Modul eine Vielzahl von Eingängen aufweist, über die dem statischen Modul eine Vielzakil von Eingangsströmen zugeführt werden kann, so daß das statische Modul Ströme addieren und subtrahieren kann.

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das statische Modul eine Stromskalierschaltung beinhaltet, die folgendes enthält: Mittel zum Anlegen eines Eingangsstroms an den Eingangszweig einer ersten Stromspiegelschaltung, Mittel zum Anlegen eines Vorstroms an den Eingangszweig der ersten Stromspiegelschaltung, Mittel zur Weiterleitung des Stroms vom Ausgangszweig der ersten Stromspiegelschaltung zum Eingangszweig einer zweiten Stromspiegelschaltung, Mittel zur Weiterleitung des Strom vom Ausgangszweig der zweiten Stromspiegelschaltung zum Ausgang des statischen Moduls und Mittel zum Subtrahieren eines geeignet skalierten Vorstroms von dem Strom, der duch den Ausgangszweig der zweiten Stromspiegelschaltung geliefert wird, so daß der von der Skalierungsschaltung erzeugte Ausgangsstrom eine skalierte Version des an dem Eingang der Skalierungsschaltung anliegenden Eingangsstroms darstellt.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Anlegen eines Vorstroms an den Eingangszweig der ersten Stromspiegelschaltung eine erste Stromquelle und Mittel zum Addieren des von der ersten Stromquelle erzeugten Stroms zum Eingangsstrom enthalten, und wobei die Mittel zum Subtrahieren eines Vorstroms eine zweite Stromquelle und einen Stromsummier-Verbindungspunkt, dem der Ausgangsstrom der zweiten Stromquelle und der Ausgangsstrom vom Ausgangszweig des zweiten Stromspiegels mit geeigneter Polarität zugeführt werden, und Mittel zum Ableiten des skalierten Ausgangsstroms von dem Summier-Verbindungspunkt enthalten.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das statische Modul so angeordnet ist, daß es einen differentiellen Eingangsstrom verarbeitet und einen differentiellen Ausgangsstrom liefert.